Unreal Engine 4 渲染目标（Render Target）教程 之 可交互的草地（上）

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原文|《Unreal Engine 4 Tutorial: Creating Interactive Grass in Unreal Engine 4》
作者|Tommy Tran Aug 10 2018 | 翻译 开发游戏的老王
阅读时长|20分钟 内容难度|中级

本教程将会介绍如何使用Scene Capture和粒子实现可交互的草地。

文章目录

开始吧什么是向量场（Vector Field）创建向量场创建方向材质

一直以来，游戏中的草地经常使用地面上的纹理来表现，而不是独立渲染每一根草。但是，随着硬件的性能不断提高，我们已经有能力渲染草了。比如著名的《地平线：黎明时分》以及《塞尔达传说:荒野之息》。在游戏中不仅玩家可以穿越草地，更重要的是草会和玩家发生交互。
更幸运的是，实现这样一个系统并不困难。在本教程中我们就会学习如何实现它！本文将会介绍：

使用Scene Capture和粒子系统（Particle System）创建向量场（Vector Field）使用向量场使草弯曲

注意：本教程假定读者已经掌握了Unreal Engine的基本用法。

注意：本教程渲染目标系列教程四部曲之一：

第一部分：使用渲染目标绘制第二部分：实现雪地足迹第三部分：可交互的草（当前位置！）第四部分：网格模型绘制（敬请期待）

开始吧

译者注： 本教程提供了范例工程，如果需要可以到原文网站免费注册并下载

解压范例工程，在InteractiveGrassStarter文件夹中打开InteractiveGrass.uproject。我们可以看到一小片草场，以及笔者创建的一个窗口小部件来显示Scene Capture的渲染目标。

阅读本文之前，请确保已经完成了如下前导教程，因为一些讲述过的内容本文将不再赘述：
Unreal Engine 4 渲染目标（Render Target）教程 之 实现雪地足迹（上）
Unreal Engine 4 渲染目标（Render Target）教程 之 实现雪地足迹（中）
Unreal Engine 4 渲染目标（Render Target）教程 之 实现雪地足迹（下）
注意，本文还会使用Scene Capture以及投影。为了节省时间，笔者已经用蓝图设置了Scene Capture，其方法也和雪地足迹教程中的差不多。
首先，我们来看看如何创建可交互的草。最常见的方法就是将角色的位置发送给草的材质，然后用一个球形遮罩让指定半径范围内的草弯曲（本方法简称球形法）。
这种方法是不错的，但它的扩展性不好。如果我们要添加多个可以和草交互的角色，那么对于每个角色，都必须添加其位置和球形遮罩到草的材质中。其实，有一种扩展性更好的方法，那就是向量场（vector field）。
什么是向量场（Vector Field）

向量场其实就是一个简单的纹理，它的每一个像素都代表着方向。如果你以前用过流程图作业图（flow map），它们都是一回事。不同的是，这次我们是使用**世界位置偏移量（World Position Offset ）**引脚移动顶点，而不是移动UV。与球形法不同的是，材质只需要对向量场采样一次以获得弯曲方向。
接下来看看如何个把方向存储到纹理中。请看下面这个网格：

假设红色的点就是我们要移动的对象。如果把它移动到右下角，应该用什么向量表示本次移动？没错，就是 (1, 1)！也许你也知道，其实我们还可以用颜色来表示向量，这就是我们在纹理中存储向量的方法。咱们把向量值填入虚幻的颜色拾取器看看得到什么颜色。

如你所见，方向值**(1, 1)**返回黄色。这意味着如果我们想让草向XY的正方向弯曲，我们使用这个颜色就可以了。现在，我们看一下所有向量对应的颜色。

右下脚的象限看起来非常不错，因为它在两个轴向都有梯度。这意味着我们可以把该象限内的任何向量存储为颜色（因为这个象限内任何的向量值正好等于它的颜色值）。
但是其它三个象限就不行了，要么只有一个轴有梯度要么干脆一个都没有。这意味着多个向量会共用一个颜色。比如：向量 (-1, 1) 和 (0, 1)的颜色是相同的。
之所以另外三个象限不能找到和向量值一一对应的颜色，是因为颜色颜色分量的取值范围是0到1，而这三个象限使用的是该范围之外的负值。
解决改问题的方法就是将每个向量（包括所有四个象限）重新映射使其值在0到1之间。我们可以让向量乘以0.5再加上0.5。下图就是重映射后的效果：

现在每个向量都拥有了一一对应的颜色。如果我们需要使用它，仅需要将它重新映射会-1到1的区间即可了。下面是重映射以后几个颜色以及它们所代表的方向：

(0, 0): - X和+ Y(0.5, 0.5): 无移动(0, 1): - X和- Y(1, 0): + X和- Y

接下来，咱们看看如何在虚幻中创建向量场。
创建向量场

和上一教程中的雪地足迹不同，我们无须捕获物体的形状，取而代之的是，我们将直接使用“笔刷”在渲染目标上绘制。所谓笔刷就是自定义向量场的图片。这种笔刷我称之为方向笔刷（direction brushes）。
我们并非使用蓝图向渲染目标绘制，而是使用粒子（particles）。粒子将显示方向笔刷并从角色所在位置发射。要实现向量场，我们只需使用scene capture并捕获粒子。这个方法的好处在于很容易创建拖尾（trail），并且允许我们方便地控制诸如拖尾时长以及大小等参数。粒子还会产生半持久化（semi-persistent）的拖尾，因为它们在角色离开并再进入所在区域后依然存在。

译者注： 雪地足迹一文中提到的半持久化方法就体现在这里了。

下面有几个可供选择的方向笔刷，以及它们在草坪上产生的效果。注意：下面的例子中粒子是不可见的。

现在，我们来实现可以显示方向笔刷的材质吧。
创建方向材质

有两种方法创建方向笔刷：

数学法：本方法中我们在材质中直接定义方向和形状。优点就是无须额外的软件并且对于简单图形非常方便。转换法线贴图法：本方法中我们需要为期望的方向和形状创建一个法线贴图，然后把法线贴图转换成向量场。转换方法就是将蓝色通道去掉就可以了。优点是可以非常轻松地实现复杂的形状。比如下面这个形状，就很难直接用上面的数学法实现。

本教程中，我们会使用数学法创建向量场。在Materials文件夹打开M_Direction。注意将材质的光照模型设为无光照（Unlit）。这一点非常重要，因为这样 scene capture才能够在无光照影响的情况下捕获粒子。
简单起见，我们将实现一个材质，它会使草向远离粒子的中心的方向倒下。请按下图连接节点：

接下来我们要做重映射，按下图高亮所示连接节点：

接下来，构造一个圆形。按下图高亮所示连接节点：

RadialGradientExponential是圆的大小和边缘硬度。将它乘以Particle Color将允许我们控制粒子在粒子系统中的不透明度（opacity）。我们将会在下面的部分详细介绍这一点。
下图就是笔刷的样式：

点击Apply并关闭材质。现在材质已经实现完毕，接下来该用粒子系统实现拖尾了。