终末地人物卡通渲染（UE5）复刻笔记
终末地人物卡通渲染（UE5）复刻笔记
本文由多篇零散笔记合并整理而成，包含皮肤、面部、眉毛、眼部、头发、衣服与刘海阴影七大部分的材质搭建流程。
前言
这次渲染学习是跟着 B 站「虚幻次次」的教程做的。教程整体偏效果向，并没有完全严格地按照终末地官方的渲染方式来还原，其中也有一些贴图没有用到，比如 ramp 贴图和 lut 贴图。这两块先不深入，等后面自己尝试复刻洛克王国渲染的时候再回来详细解释。
用 UE 做材质，省去了很多光照的基础计算，节点式的搭建方式也更好理解；不过看别人的节点图时，如果又乱又多，理解起来还是比较麻烦。
在此之前我在 Unity 里有过一些 NPR 渲染经验，但比较浅。这次回到 UE 并没有想象中顺利，只是简单地在引擎端把效果大体复刻了出来，还没有深入到贴图的制作规范上。不过有了这个基础，相信后面要深入做的洛克王国渲染，能好好写出一篇文章。
通用基础
各个部位的材质有不少共通的技巧，先集中说明，后面就不再重复。
1. 着色模型与混合模式
角色身上的材质几乎都使用无光照着色模型，混合模式根据部位选择“不透明”或“半透明”。最终颜色不走光照计算，而是直接输出到自发光（Emissive）引脚，把 PBR 光照的影响降到最低，得到更可控的卡通效果。唯一的例外是皮肤，为了改善阴影，把着色模型改成了次表面轮廓。
2. 贴图采样与颜色空间
- 颜色贴图用 Texture Sample 采样时保持 SRGB（为什么用 SRGB？[[颜色空间、伽马映射]]）；法线贴图则要取消 SRGB。
- 采样出的 RGB 值通常先做 Power 处理（相当于“色调映射 / 对比度增强”，幂值不同效果不同），再用 Saturate 压回 0-1，最后与一个颜色参数正片叠底，方便美术微调整体色调。
- 终末地是在 Unity 中制作的，法线贴图是 Unity 坐标系，解压前要把 G 通道翻转；法线的第三个分量（Z）不需要额外存储，用 UE 自带的 DeriveNormalZ 节点解压即可（[[法线贴图]]）。
3. 常用节点与材质函数
- MF_Adjust：一个通用的“缩放 + 偏移”调整函数，几乎所有的遮罩和数值都可以套它来微调。例如把 AO 除以
AOSmooth做整体缩放，再减去AOOffset做整体平移。 - Flatten Normal：把法线往切线空间 Z 轴方向“掰”，用来控制法线强度、压低凹凸感，让阴影更平、更贴合卡渲观感。
- BlendAngleCorrectedNormal：对两个切线空间法线做角度矫正混合（内部会转到世界空间插值再转回）。简单理解就是基础法线定大局、附加法线做微调：基础法线指哪，结果大致就在那个方向；附加法线在此基础上施加一个“偏移力”。基础法线越平，偏移越弱；基础法线越斜，细节纹理的“扭动感”越明显。
- ParallaxOcclusionMapping：视差遮挡映射，用于生成带透视效果的采样 UV（见 [[法线贴图]] 中的视差遮挡映射部分）。
- DepthFade：按模型到后方物体的距离输出 0-1，常接到不透明度上做半透明过渡。
- sphereMask：球形遮罩，这里用于模拟点光源的受光范围。
4. 常用光照与遮罩
- Lambert：法线与光照方向的点积（记得归一化），作为受光遮罩，避免背光处出现不合理的亮度或高光（[[光照模型]]）。
- GGX 高光：用 UE 的 GGXSpecular 节点，输入 Normal、LightVector、Roughness，其中
Roughness = 1 - Glossiness（[[GGXSpecular]]）。 - MatCap：按 MatCap 原理计算 matcap_UV，采样 MatCap 贴图得到高光（[[MatCap]]）。
- Rim 边缘光：视角向量与法线向量点乘后翻转，边缘值接近 1，做成边缘遮罩。
- AO 混合：AO 作为 α，在
AOColor与BaseColor（或两者正片叠底后的颜色）之间 lerp，控制环境光遮蔽的强弱（[[AO、环境光遮蔽]]）。
一、皮肤渲染
皮肤使用无光照着色模型。
1. BaseColor
- 采样 SRGB 皮肤贴图，把 RGB 值作为指数底数做 Power（幂值暂时取 1），用于色调映射和对比度增强。
- Saturate 压回 0-1，再与颜色参数正片叠底，方便美术调整整体效果。
- 皮肤贴图的 A 通道是 AO：单独提取后除以
AOSmooth做整体缩放，再减去AOOffset做整体平移，让 AO 的强弱更可控。
2. 压掉 PBR 感
如果直接把 BaseColor 接到材质输出，皮肤的 PBR 效果会很明显。根据迪士尼 BRDF（[[BRDF知识点整理]]）的思路——它不追求物理精确，只求“看起来对”——用 4 个浮点参数 MSRE = (0, 1, 1, 0) 分别控制金属度、高光度、粗糙度、自发光，与 BaseColor 相乘，把 PBR 感压下去。
3. 阴影调整（次表面轮廓）
直接看皮肤，阴影部分会死灰死灰的，非常难看。解决办法是把材质的着色模型改为次表面轮廓（UE 官方文档），它可以控制次表面照明的散射距离、次表面颜色和离开对象后的衰减色，皮肤阴影会好看很多。
要注意这直接使用 UE 自带着色模型，开销比较大，想要更高性价比就得改引擎源码。另外还需要给皮肤材质属性加上不透明度，修改不透明度也能微调效果。
4. Normal Blend
改成次表面轮廓后，PBR 感会进一步增强，导致卡渲程度不够。这里通过调整顶点法线来解决：
- 使用 Vertex Normal WS（终末地模型顶点多，效果更好，且顶点法线开销比面法线小）、Camera Vector、SkyAtmosphereLightDirection 三个向量，都先转换到切线空间并归一化（[[切线空间，其他空间]]）。
- 用 Flatten Normal 分别调整 Camera 方向和光照方向的法线强度。
- 再用 BlendAngleCorrectedNormal 混合，控制阴影的平滑度。直观理解：Camera 强度调得越大，最终法线越偏向视角方向，阴影就越平、越符合 NPR 的效果。
5. Rim 与 AO
- Rim：Camera 与 Vertex Normal 点乘后翻转，边缘接近 1，再过 MF_Adjust 作为 lerp 的 α。两种混法都行：
BaseColor与RimColor直接 lerp；或BaseColor与“BaseColor × RimColor 正片叠底”的中间色 lerp。 - AO：把加完 Rim 的颜色作为输入，反过来用 AO 作 α，用同样的混合方式再叠一层，得到最终皮肤的 BaseColor。
二、面部渲染
面部使用无光照着色模型。
1. 基础颜色
同样直接采样基础贴图做 Power，和前面的流程一致。另外基础贴图的 A 通道带有鼻尖阴影的 AO，可选加上；不过后续做 SDF 阴影时发现，鼻尖阴影和 SDF 阴影的配合比较差，需要取舍。
2. 嘴唇高光
嘴唇高光有 GGX、MatCap、直接采样高光贴图等多种做法，GGX / MatCap 都需要一个遮罩来圈定嘴唇区域（除了遮罩贴图，也可以看模型的顶点色）。这里采用直接采样嘴唇高光贴图的方式。
有个关键现象：嘴唇高光会随着视角左右移动，但不会随上下移动，所以视角偏移时 UV 也要跟着偏移。偏移量用人物右方向向量 × 视角向量得到，再乘缩放系数（这里用 0.01，可按实际效果调整）。
3. 边缘颜色渐变（伪 SSS）
边缘颜色渐变能给脸部带来一种伪次表面散射的效果。遮罩取自遮罩贴图的 R 通道，遮罩值乘边缘颜色后，用叠加（Add）混合加到基础颜色上。
4. SDF 阴影
面部阴影直接用 SDF 实现（[[SDF技术]]）：提取 SDF 信息后与 BaseColor 做颜色混合，调用之前写好的颜色混合材质函数即可，具体用法详见《SDF 基础》。
三、眉毛渲染
眉毛使用无光照着色模型 + 半透明混合模式。
1. 基础颜色
和前面一样：采样基础颜色贴图 → Power → Saturate。
2. 眉毛透视处理
- 眉毛透视的做法是把模型沿 Camera 方向做顶点位置偏移，偏移量用参数手动调节。
- 眉毛与头发重叠的部分，用 DepthFade 调节：该节点会检测模型到后方物体的距离，在设定的距离范围内输出 0-1，接到不透明度重载上，让重叠处自然过渡。
四、眼部渲染
眼部使用无光照着色模型 + 不透明混合模式。
1. 视差遮挡映射（眼睛透视的核心）
眼睛的透视感是通过 ParallaxOcclusionMapping（视差遮挡映射） 节点生成的特殊 UV 来采样贴图实现的。
以陈千语的眼睛贴图为例（其 Alpha 通道带有高光 mask，很适合讲解）：
- 高光部分和 BaseColor 部分用不同的视差遮挡映射生成不同 UV，分别采样，再用 Alpha 值做线性插值。
- 高度图的 B 通道给 BaseColor 用，G 通道给高光用，其他引脚没有区别。
- 高度图的 R 通道就是高光贴图：用高光的 UV 采样后，与前面的高光相加，再加到 BaseColor 上；中间记得乘一个浮点参数，方便调整强度。
五、头发渲染
头发使用无光照着色模型。
1. 美术资产
原笔记此节未展开，主要关注基础色、两层高光与点光源三部分。
2. 基础颜色
采样头发贴图 RGB → Power → Saturate，再分别叠加 Lambert_Shadow 和 AO_Shadow 两个遮罩，最后路由到 BaseColor。
3. 高光
头发用两层高光：一层 MatCap 高光，一层各向异性高光（Kajiya-Kay 模型，[[各向异性渲染：Kajiya-Kay、Anisotropic GGX、Marschner三大模型]]）。
- MatCap 高光：流程和衣服部分一致，采样后记得叠加各种 Mask。
- Kajiya-Kay 各向异性高光：从终末地头发的 UV 分布看，头发走向是 V 方向，在切线空间里就是副切线方向（Y 轴），所以用法线与 (1, 0, 0) 叉乘得到切线。终末地贴图里有法线偏移来制造错乱感，把它作用到法线上即可间接影响结果；另外可以配合球形法线映射（[[球形法线映射]]），让“天使环”不会错开太多。
- 计算出的切线代入 Kajiya-Kay 公式后，结果还要过一系列 Mask：除了 AO、Lambert，还需要 RimMask 和 TopStep，后者用于把高光的上部截断。做法是拿原始切线与 H 点乘，结果接 SmoothStep，min 取 0.02（上部截断值），max 取“0.02 - 渐变值”。Kajiya-Kay 输出的是 √(1 - HoT²)，0.02 往上的区域 HoT 逐渐变大；这里 SmoothStep 的 min > max，方向反了：大于 min 输出 0，小于 max 输出 1，中间渐变，从而实现上部截断。
4. 点光源
点光源直接用 sphereMask 球形遮罩节点即可。
5. 汇总输出
最后把 BaseColor、两层高光和点光源叠加，输出到自发光引脚。
六、衣服渲染
衣服使用无光照着色模型。
1. 基础颜色
从贴图提取 RGB → Power → Saturate → 与 BaseColor 参数正片叠底。
2. 褶皱
衣服的褶皱有 4 种来源：
- 基础贴图自带阴影：直接赋上 BaseColor 就能看到轻微褶皱，说明褶皱画在基础贴图里了，不用额外处理。
- 法线贴图：衣服法线贴图的 RG 通道有数值。采样前要在贴图设置里取消 SRGB；解压用 DeriveNormalZ（Unity 坐标系，先翻转 G 通道）。得到法线后与皮肤一样，用 Flatten Normal 控制强度，再与视角方向、光照方向做 BlendAngleCorrectedNormal 混合，控制阴影平滑度。
- AO 贴图：皮肤的 AO 在基础贴图 A 通道，衣服的 AO 在 _P 贴图的 B 通道，采样出来后同样用 MF_Adjust 调整。
- 模型自带凹凸：终末地衣服模型并没有自带凹凸，跳过。
混合方式：法线直接接到材质属性的 Normal 节点；AO 则是把 AOColor 与 BaseColor 正片叠底，再与 BaseColor 用 lerp 混合，AO 作为 α。
3. Rim
和皮肤相同的流程：视角向量与法线点乘 → 翻转 → MF_Adjust 调整 → 作为 lerp 的 α。法线可以选法线贴图的法线，也可以选顶点法线；混合方式与 AO 一致。
4. 光照处理
- Lambert：作为受光遮罩，处理顺序放在 AO 叠加之前，混合方式与 AO 一样。
- GGX 高光：用 GGXSpecular 节点，Normal 用法线贴图（Flatten Normal 控强度）；LightVector 用
CameraVector与SkyLightDirection相加后，再与SkyLightDirectionlerp、归一化（α 用参数控制）；Roughness = 1 - Glossiness（测试发现 _P 贴图 A 通道就是光泽度）。输出要乘几个遮罩：AO 和金属度（测试发现 _P 贴图 R 通道就是金属度），遮罩强度用 lerp 控制，再套 MF_Adjust。最后最好再乘一个 Lambert 遮罩，避免背光处出现高光，并截断到 0-1。 - MatCap：按原理计算 matcap_UV 采样贴图，采样值叠加颜色参数后，通过 AO 和 Lambert 遮罩输出。注意混合顺序：MatCap 在 GGX 高光之前加到 BaseColor 上。
七、刘海阴影
刘海阴影使用 HairShadow 网格体，无光照着色模型 + 半透明混合模式，有两个需求：
- 阴影映射背后颜色：用 SceneColor 节点提取模型背后像素的颜色（需要输出 Screen Position），转 HSV 后通过 Float3 参数调色（[[颜色空间、伽马映射]]），再转回 RGB，乘以
Shadow_Color，接到自发光引脚。 - 背后无物体时不投射阴影：用 SceneDepth 判断。把 SceneDepth 除以 500（数值自取），Saturate 截断到 0-1：背后无物体的地方输出为 1，OneMinus 后再乘不透明度参数，这样只在有背景的地方生成阴影，没有阴影的区域结果恒为 0。最后接到不透明度重载。
结语与后续计划
总的来说，这次跟着教程把终末地角色卡渲在 UE 引擎端大体复刻了一遍，收获不小：
- 无光照模型 + 自发光输出，是这套材质去 PBR 化的核心思路；
- 法线、AO、Rim、Lambert、GGX、MatCap 这些遮罩的层层混合，构成了各个部位最终的效果；
- 还没有深入贴图制作规范（ramp、lut 等贴图本次也没用到）。
接下来的计划：先了解 PBR 内容，再学习 RenderDoc、DCC 与工具，然后是洛克王国渲染复刻（放在 RenderDoc 学习之后）和喜欢的材质复刻。