Unreal Engine开发：Unreal Engine基础入门_静态网格物体与材质基础
静态网格物体与材质基础
在上一节中，我们探讨了如何在Unreal Engine中创建和配置基本的游戏场景。现在，我们将深入学习静态网格物体（Static Mesh）和材质（Material）的基础知识，这是构建游戏世界的重要组成部分。
静态网格物体
什么是静态网格物体？
静态网格物体是Unreal Engine中用于表示不可变形的3D物体的基本资源类型。它们通常用于游戏环境中的建筑、装饰物、地面等。静态网格物体的主要特点是它们在游戏运行时不会发生变形或动画，因此可以进行优化以提高性能。
创建静态网格物体
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导入3D模型：
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打开Unreal Engine编辑器，点击“Content Browser”中的“Import”按钮。
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选择你想要导入的3D模型文件（例如FBX、OBJ等格式）。
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在导入设置中，选择“Static Mesh”作为资源类型。
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点击“Import”完成导入。
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创建新的静态网格物体：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Miscellaneous” -> “Static Mesh”。
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这将创建一个空白的静态网格物体，你可以在其上应用自定义的几何形状或导入的模型。
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编辑静态网格物体
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使用静态网格编辑器：
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双击你导入或创建的静态网格物体，打开“Static Mesh Editor”。
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在编辑器中，你可以查看和编辑网格物体的几何形状、UV贴图、碰撞设置等。
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调整网格物体的属性：
- 在“Details”面板中，可以调整静态网格物体的各种属性，如LOD（Level of Detail）设置、光源遮挡设置等。
应用静态网格物体
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将静态网格物体添加到场景中：
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在“Content Browser”中，选中你想要使用的静态网格物体。
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将其拖动到“Viewport”中，或在“Modes”面板中选择“Place Actors” -> “Static Meshes”，然后从列表中选择并放置。
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调整静态网格物体的位置、旋转和缩放：
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使用“Move”、“Rotate”和“Scale”工具在“Viewport”中调整静态网格物体的位置、旋转和缩放。
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也可以在“Details”面板中手动输入数值进行调整。
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示例：创建一个简单的静态网格物体
假设我们想要创建一个简单的立方体静态网格物体并将其添加到场景中。
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创建立方体：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Miscellaneous” -> “Static Mesh”。
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命名新建的静态网格物体为“SimpleCube”。
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双击“SimpleCube”，打开“Static Mesh Editor”。
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在“Static Mesh Editor”中，点击“Add”按钮，选择“Box”。
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调整立方体的尺寸，在“Details”面板中设置“X Size”、“Y Size”和“Z Size”为50。
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将立方体添加到场景中：
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关闭“Static Mesh Editor”。
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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将其拖动到“Viewport”中，或在“Modes”面板中选择“Place Actors” -> “Static Meshes”，然后从列表中选择并放置。
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使用“Move”、“Rotate”和“Scale”工具调整立方体的位置、旋转和缩放。
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静态网格物体的优化
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LOD设置：
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LOD（Level of Detail）设置用于在不同距离下显示不同细节的模型，以提高性能。
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在“Static Mesh Editor”中，选择“LOD Settings”选项卡，可以添加和配置不同的LOD级别。
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为每个LOD级别设置不同的简化模型或减少多边形数量。
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光源遮挡：
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光源遮挡（Lightmass Settings）用于优化光照烘焙。
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在“Static Mesh Editor”中，选择“Lightmass”选项卡，可以调整光源遮挡相关的设置，如“Importance”和“Shadow Exponent”。
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材质基础
什么是材质？
材质（Material）是用于定义3D物体表面外观的资源。它们可以控制物体的颜色、纹理、反射、透明度等属性。在Unreal Engine中，材质是通过节点图（Node Graph）来创建和编辑的。
创建材质
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新建材质：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material”。
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命名新建的材质，例如“BasicMaterial”。
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编辑材质：
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双击新建的材质，打开“Material Editor”。
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在“Material Editor”中，你可以使用各种节点来构建材质。
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常用材质节点
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Constant（常量节点）：
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用于定义固定的数值，如颜色、浮点数等。
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例如，使用“Constant3Vector”节点来设置物体的颜色。
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Texture Sample（纹理采样节点）：
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用于应用纹理贴图。
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导入纹理贴图文件并在“Material Editor”中使用“Texture Sample”节点将其应用到材质上。
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Material Expression nodes（材质表达式节点）：
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用于实现复杂的材质效果，如反射、透明度等。
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例如，使用“Material Expression Fresnel”节点来实现边缘高光效果。
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材质属性
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Base Color（基础颜色）：
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定义物体的基本颜色。
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在“Material Editor”中，将“Constant3Vector”节点连接到“Base Color”属性。
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Roughness（粗糙度）：
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控制物体表面的光滑程度。
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在“Material Editor”中，将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
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Metallic（金属度）：
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定义物体的金属属性。
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在“Material Editor”中，将“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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Normal（法线）：
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控制物体表面的凹凸细节。
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在“Material Editor”中，将“Texture Sample”节点连接到“Normal”属性。
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Emissive Color（自发光颜色）：
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定义物体的自发光效果。
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在“Material Editor”中，将“Constant3Vector”节点连接到“Emissive Color”属性。
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示例：创建一个简单的材质
假设我们想要创建一个简单的材质并将其应用到上一节中创建的立方体上。
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新建材质：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material”。
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命名新建的材质为“BasicMaterial”。
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编辑材质：
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双击“BasicMaterial”，打开“Material Editor”。
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在“Material Editor”中，从“Palette”中拖动一个“Constant3Vector”节点。
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设置“Constant3Vector”节点的值为（1, 0, 0）（红色）。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.5（中等粗糙度）。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0（非金属）。
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将“Constant3Vector”节点连接到“Base Color”属性。
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将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
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将另一个“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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应用材质：
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关闭“Material Editor”。
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“BasicMaterial”并应用。
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材质实例
材质实例（Material Instance）是基于现有材质创建的变体，允许你在不修改原始材质的情况下调整材质属性。
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创建材质实例：
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在“Content Browser”中，右键点击“BasicMaterial”，选择“Create Material Instance”。
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命名新建的材质实例为“BasicMaterialInstance”。
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编辑材质实例：
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双击“BasicMaterialInstance”，打开“Material Instance Editor”。
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在“Details”面板中，可以调整材质实例的属性，如基础颜色、粗糙度等。
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应用材质实例：
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“BasicMaterialInstance”并应用。
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材质函数
材质函数（Material Function）是一种可以重用的材质逻辑块，可以简化复杂的材质编辑过程。
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创建材质函数：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material Function”。
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命名新建的材质函数为“SimpleMaterialFunction”。
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编辑材质函数：
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双击“SimpleMaterialFunction”，打开“Material Function Editor”。
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在“Material Function Editor”中，可以创建和编辑材质逻辑。
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例如，创建一个简单的颜色混合函数，将两个“Constant3Vector”节点连接到“LinearInterpolate”节点，然后将结果输出到“Function Output”节点。
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使用材质函数：
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在“Material Editor”中，从“Palette”中拖动“Material Function Call”节点。
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选择“SimpleMaterialFunction”并将其添加到材质编辑器中。
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连接“Material Function Call”节点的输出到材质属性。
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示例：创建一个带有纹理贴图的材质
假设我们想要创建一个带有纹理贴图的材质并将其应用到立方体上。
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导入纹理贴图：
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打开Unreal Engine编辑器，点击“Content Browser”中的“Import”按钮。
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选择你想要导入的纹理贴图文件（例如PNG、TGA等格式）。
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在导入设置中，选择“Texture2D”作为资源类型。
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点击“Import”完成导入。
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新建材质：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material”。
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命名新建的材质为“TexturedMaterial”。
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编辑材质：
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双击“TexturedMaterial”，打开“Material Editor”。
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从“Palette”中拖动一个“Texture Sample”节点。
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选择导入的纹理贴图文件。
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将“Texture Sample”节点连接到“Base Color”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.5（中等粗糙度）。
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将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0（非金属）。
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将“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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应用材质：
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关闭“Material Editor”。
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“TexturedMaterial”并应用。
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材质的高级用法
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动态参数：
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材质实例可以包含动态参数，允许你在运行时调整材质属性。
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在“Material Editor”中，使用“Material Parameter Collection”节点来创建动态参数。
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在“Content Browser”中，创建一个“Material Parameter Collection”资源。
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在“Material Parameter Collection”资源中，定义动态参数，如“BaseColor”、“Roughness”等。
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在“Material Editor”中，将动态参数连接到材质属性。
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动画材质：
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动画材质可以用于实现动态效果，如水面波纹、火焰等。
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在“Material Editor”中，使用“Time”节点来创建时间依赖的效果。
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例如，使用“Sine”节点和“Time”节点来实现水面波纹效果。
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自定义材质表达式：
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自定义材质表达式允许你编写自定义的材质逻辑。
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在“Material Editor”中，使用“Custom”节点来编写自定义的HLSL代码。
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例如，编写一个自定义的噪点生成器。
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示例：创建一个带有动态参数的材质实例
假设我们想要创建一个带有动态参数的材质实例，并在运行时调整其颜色。
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创建材质参数集合：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Miscellaneous” -> “Material Parameter Collection”。
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命名新建的材质参数集合为“DynamicParameters”。
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定义动态参数：
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双击“DynamicParameters”，打开“Material Parameter Collection Editor”。
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点击“Add Parameter”按钮，选择“Scalar Parameter”并命名其为“Roughness”。
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再次点击“Add Parameter”按钮，选择“Vector Parameter”并命名其为“BaseColor”。
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编辑材质：
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在“Content Browser”中，右键点击“BasicMaterial”，选择“Create Material Instance”。
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命名新建的材质实例为“DynamicMaterialInstance”。
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双击“DynamicMaterialInstance”，打开“Material Instance Editor”。
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在“Details”面板中，找到“Scalar Parameters”部分，设置“Roughness”为0.5。
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在“Details”面板中，找到“Vector Parameters”部分，设置“BaseColor”为（1, 0, 0）（红色）。
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在蓝图中调整动态参数：
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创建一个新的蓝图类，例如“BP调整材质”。
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在蓝图编辑器中，添加一个“Set Scalar Parameter Value”节点。
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设置“Parameter Name”为“Roughness”，并连接一个浮点数输入。
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添加一个“Set Vector Parameter Value”节点。
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设置“Parameter Name”为“BaseColor”，并连接一个颜色输入。
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将“DynamicMaterialInstance”拖动到蓝图编辑器中，创建一个引用。
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将引用连接到“Set Scalar Parameter Value”和“Set Vector Parameter Value”节点的“Target”输入。
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应用材质实例：
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“DynamicMaterialInstance”并应用。
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材质的性能优化
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减少材质复杂度：
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尽量减少材质节点的数量和复杂度，以提高性能。
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使用材质函数来复用复杂的逻辑。
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使用材质实例：
- 材质实例可以减少材质的重复创建，提高资源利用率。
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LOD材质：
- 为不同的LOD级别创建不同的材质，以在不同距离下优化性能。
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纹理压缩：
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适当压缩纹理文件，减少内存占用。
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在“Texture Properties”中，选择合适的压缩格式，如“DXT5”或“BC7”。
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示例：使用材质实例优化性能
假设我们有一个多个立方体需要使用不同的颜色，但希望保持材质逻辑的一致性。
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创建材质实例：
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在“Content Browser”中，右键点击“BasicMaterial”，选择“Create Material Instance”。
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命名新建的材质实例为“Instance1”、“Instance2”等。
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调整材质实例的颜色：
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双击“Instance1”，打开“Material Instance Editor”。
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在“Details”面板中，找到“Vector Parameters”部分，设置“BaseColor”为（0, 1, 0）（绿色）。
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重复上述步骤，为其他实例设置不同的颜色。
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将材质实例应用到立方体：
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在“Content Browser”中，选中“SimpleCube”。
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复制并粘贴多个立方体。
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在每个立方体的“Details”面板中，找到“Materials”部分，选择对应的材质实例。
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通过以上步骤，我们可以在保持材质逻辑一致性的前提下，为不同的立方体设置不同的颜色，从而优化性能。
材质的调试和测试
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使用材质调试视图：
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在“Viewport”中，点击“View Modes”按钮，选择“Material”视图。
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这将显示当前场景中所有物体的材质信息，帮助你调试和优化材质。
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设置材质的调试属性：
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在“Material Editor”中，可以设置材质的调试属性，如“Material Debug Info”。
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这将显示材质的特定信息，帮助你识别性能瓶颈。
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示例：使用材质调试视图
假设我们想要检查场景中所有物体的材质信息。
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打开材质调试视图：
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在“Viewport”中，点击“View Modes”按钮。
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选择“Material”视图。
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查看材质信息：
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在“Material”视图中，你可以看到每个物体的材质颜色和贴图。
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如果某个物体的材质信息不正确，可以双击该物体，打开其材质实例进行调试。
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通过以上步骤，你可以快速检查和调试场景中的材质信息，确保游戏性能和视觉效果。
材质的高级调试技巧
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使用材质调试节点：
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在“Material Editor”中，使用“Material Debug”节点来输出材质的特定信息。
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例如，使用“Material Debug Info”节点输出材质的粗糙度和金属度。
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性能分析工具：
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使用Unreal Engine的性能分析工具，如“Profiler”和“Stat”命令，来分析材质的性能影响。
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在“Viewport”中，输入“Stat Rendering”命令，查看渲染性能统计数据。
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示例：使用性能分析工具
假设我们想要分析场景中材质的性能影响。
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打开性能分析工具：
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在“Viewport”中，点击“View Modes”按钮，选择“Material”视图。
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这将显示当前场景中所有物体的材质信息，帮助你初步识别可能的性能瓶颈。
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使用“Profiler”工具：
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在Unreal Engine编辑器的顶部菜单中，选择“Window” -> “Developer Tools” -> “Profiler”。
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打开“Profiler”窗口后，点击“Start”按钮开始性能分析。
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在“Profiler”窗口中，选择“Rendering”选项卡，查看与渲染相关的性能数据。
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注意观察“Static Mesh Draw Calls”、“Material Evaluations”等指标，这些指标可以反映静态网格物体和材质的性能影响。
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使用“Stat”命令：
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在“Viewport”中，按“~”键打开控制台。
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输入“Stat Rendering”命令，回车后将会在“Viewport”下方显示渲染性能统计数据。
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观察“Material Evaluations”、“Texture Memory”等指标，这些指标可以帮助你识别材质和纹理的性能瓶颈。
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例如，如果“Material Evaluations”数量过高，可能需要优化材质逻辑或减少材质实例的数量。
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静态网格物体和材质的综合应用
通过前面的学习，我们已经掌握了静态网格物体和材质的基本创建、编辑和优化方法。现在，让我们将这些知识综合应用，创建一个更复杂的游戏场景。
假设我们想要创建一个带有草地、石头和树木的简单游戏环境。
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创建草地静态网格物体：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Miscellaneous” -> “Static Mesh”。
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命名新建的静态网格物体为“GrassMesh”。
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双击“GrassMesh”，打开“Static Mesh Editor”。
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在“Static Mesh Editor”中，点击“Add”按钮，选择“Plane”。
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调整平面的尺寸，在“Details”面板中设置“X Size”和“Y Size”为500。
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创建草地材质：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material”。
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命名新建的材质为“GrassMaterial”。
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双击“GrassMaterial”，打开“Material Editor”。
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从“Palette”中拖动一个“Texture Sample”节点。
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选择导入的草地纹理贴图文件。
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将“Texture Sample”节点连接到“Base Color”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.5（中等粗糙度）。
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将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0（非金属）。
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将“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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将草地材质应用到草地静态网格物体：
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关闭“Material Editor”。
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在“Content Browser”中，选中“GrassMesh”。
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将其拖动到“Viewport”中。
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使用“Move”工具调整草地的位置。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“GrassMaterial”并应用。
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创建石头静态网格物体：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Miscellaneous” -> “Static Mesh”。
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命名新建的静态网格物体为“RockMesh”。
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双击“RockMesh”，打开“Static Mesh Editor”。
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在“Static Mesh Editor”中，点击“Add”按钮，选择“Sphere”。
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调整球体的尺寸，在“Details”面板中设置“Radius”为50。
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创建石头材质：
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在“Content Browser”中，右键点击并选择“New Material”。
-
命名新建的材质为“RockMaterial”。
-
双击“RockMaterial”，打开“Material Editor”。
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从“Palette”中拖动一个“Texture Sample”节点。
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选择导入的石头纹理贴图文件。
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将“Texture Sample”节点连接到“Base Color”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.8（较高粗糙度）。
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将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.2（部分金属属性）。
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将“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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将石头材质应用到石头静态网格物体：
-
关闭“Material Editor”。
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在“Content Browser”中，选中“RockMesh”。
-
将其拖动到“Viewport”中。
-
使用“Move”、“Rotate”和“Scale”工具调整石头的位置、旋转和缩放。
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在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“RockMaterial”并应用。
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创建树木静态网格物体：
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从第三方资源库中下载一个树木模型。
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打开Unreal Engine编辑器，点击“Content Browser”中的“Import”按钮。
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选择下载的树木模型文件（例如FBX格式）。
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在导入设置中，选择“Static Mesh”作为资源类型。
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点击“Import”完成导入。
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创建树木材质：
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如果树木模型文件中已经包含了材质，可以直接使用。
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否则，新建一个材质并编辑。
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命名新建的材质为“TreeMaterial”。
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双击“TreeMaterial”，打开“Material Editor”。
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从“Palette”中拖动一个“Texture Sample”节点。
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选择导入的树木纹理贴图文件。
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将“Texture Sample”节点连接到“Base Color”属性。
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从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
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设置“Constant”节点的值为0.3（较低粗糙度）。
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将“Constant”节点连接到“Roughness”属性。
-
从“Palette”中拖动一个“Constant”节点。
-
设置“Constant”节点的值为0（非金属）。
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将“Constant”节点连接到“Metallic”属性。
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将树木材质应用到树木静态网格物体：
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关闭“Material Editor”。
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在“Content Browser”中，选中导入的树木静态网格物体。
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将其拖动到“Viewport”中。
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使用“Move”、“Rotate”和“Scale”工具调整树木的位置、旋转和缩放。
-
在“Details”面板中，找到“Materials”部分，点击第一个材质插槽。
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从“Content Browser”中选择“TreeMaterial”并应用。
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场景的优化
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LOD设置：
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为树木和石头等复杂模型创建多个LOD级别。
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在“Static Mesh Editor”中，选择“LOD Settings”选项卡，添加和配置不同的LOD级别。
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例如，为树木模型创建一个简化版的LOD1模型，减少多边形数量。
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光源遮挡：
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优化静态网格物体的光源遮挡设置。
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在“Static Mesh Editor”中，选择“Lightmass”选项卡，调整光源遮挡相关的设置，如“Importance”和“Shadow Exponent”。
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纹理压缩：
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适当压缩纹理文件，减少内存占用。
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在“Texture Properties”中，选择合适的压缩格式，如“DXT5”或“BC7”。
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示例：优化树木模型的LOD设置
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打开树木静态网格编辑器：
- 在“Content Browser”中，双击导入的树木静态网格物体，打开“Static Mesh Editor”。
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创建LOD1模型：
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在“Static Mesh Editor”中，选择“LOD Settings”选项卡。
-
点击“Add LOD”按钮，创建一个新的LOD级别，命名为“LOD1”。
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选择“LOD1”模型，点击“Generate”按钮，生成一个简化版的模型。
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调整“Generate”设置，例如减少多边形数量，以优化性能。
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设置LOD1模型的切换距离：
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在“LOD Settings”选项卡中，调整“LOD1”模型的“Screen Size”值。
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例如，设置“Screen Size”为0.05，表示在物体的屏幕大小小于0.05时使用LOD1模型。
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场景的最终调试
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使用材质调试视图：
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在“Viewport”中，点击“View Modes”按钮，选择“Material”视图。
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检查场景中所有物体的材质信息，确保没有错误或性能瓶颈。
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使用性能分析工具：
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在“Profiler”窗口中，查看与渲染相关的性能数据。
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输入“Stat Rendering”命令，查看渲染性能统计数据。
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重点关注“Static Mesh Draw Calls”、“Material Evaluations”、“Texture Memory”等指标，确保它们在合理范围内。
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总结
通过本节的学习，我们掌握了静态网格物体和材质的基础知识，包括如何创建、编辑、应用和优化这些资源。我们还通过具体的示例，展示了如何将这些知识应用于实际的游戏场景中，创建一个带有草地、石头和树木的简单环境。最后，我们学习了如何使用材质调试视图和性能分析工具来优化和调试场景中的材质和静态网格物体。
在下一节中，我们将进一步探讨Unreal Engine中的光照系统，学习如何创建和配置不同的光源，以实现更丰富的视觉效果。
