UnrealEngne中通过MaterialShader修改GBuffer

kyuskoj

前言

该篇文档是UE4 插件code方向的一篇分享，目标人群是UE4 Game Player Coder和 Engine Coder和TA中的代码爱好者。
通过该篇文档，你可以：
1. 观察UE4中如何添加HLSL（GlobalShader和MaterialShader）。
2. 观察如何修改UE4的GBuffer管线，定制特殊的功能或者优化。
3. 观察如何结合HLSL和材质蓝图。（类似Volumetric Cloud Material和Lighting Function Material的功能）
同时文中测试代码的UE版本为4.27，需要简单理解UE4渲染管线、材质蓝图和编辑器、插件系统。相关的内容网上很多，这里给出UE4官方链接：
https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/ProgrammingAndScripting/Rendering/ShaderDevelopment/
一．当前存在的问题

当前网络上关于UE4 Shader开发的很多，分析Shader代码的文章不少，但基本上是基于Global Shader来进行讲解。对UE4 Material Shader进行扩展例子在内网、外网暂时没有找到。而通过材质蓝图来修改非物理的效果，应该是一个合理需求。
二．模拟一个需求

现在我们想在UE4计算光照之前，用类似后处理的方式修改所有材质的Roughness或者法线，实现下雨时光滑的效果（但是不想单独在的每个材质球中修改法线和粗糙度），可能后期还会直接修改albedo color等GBuffer信息。
下一步我们需要分析和实现。首先，最好能添加一个插件，不修改或者少修改引擎的代码。其次，插件最好能提供一个类似体积云的Actor或者类似后处理框的Volume，同时能够提供提供一个材质插槽，能够通过材质蓝图来修改目标buffer 。
三．具体的实现

1．添加代码插件。

Shader插件的例子很多，推荐UE4官方文档中GlobalShader的例子，同时可以看下ColorCorrectRegions插件，这个插件通过在管线中插入后处理批次实现需求，很多的需求可以参考此插件，插件路径：
Engine4272\Engine\Plugins\Experimental\ColorCorrectRegions。
2．扩展Render pipeline

很幸运，UE4提供了类FSceneViewExtensionBase


该类原本的目的应该是为了非侵入式的修改RenderPipeline，但很奇怪的是，它的接口没有暴露GraphBuilder。所以我们需要修改引擎，扩展个接口



同时在BasePass结束后调用该接口



到目前为止，引擎的修改已经结束，GBuffer填充的Pipeline已经暴露出来，可以通过扩展ViewExtension修改GBuffer数据。
3.  创建GlobalShader修改Gbuffer Normal

这一步我们需要创建临时的RDG rendertarget，拷贝GBufferA（Normal）到TempRT，修改后再写回GBufferA，同时还需要创建一个GlobalShader MainVS（全屏批次），两个GlobalShader PS(Copy和Rewrite)，截图如下：
使用到的Gloablshader


FGBufferProcessScreenPassVS通用的全屏Global VS Shader。
FCopyTexturePS拷贝GbufferA Normal到临时RT的Global PS Shader。
FRewritePS采样TempNormalRT并添加测试代码，从新写入GbufferA Normal。


创建临时的RT


通过GlobalShader重新写入Gbuffer


4.  将Global PS Shader修改为Material PS Shader，关联材质蓝图

Material PS Shader的使用与Global PS Shader很类似，区别在于创建和设置参数的代码


从FMaterialShader继承出来一个新的PS类


关联一些通用的UniformBuffer，材质蓝图中的一些节点（比如Time节点）转化的ShaderCode会使用这里面的参数。


构建MaterialShader的批次，这个与GlobalShader很类似。


5. 添加MaterialShader的代码



是不是很简单。
流程可以概括为，我们的shader先要包含一个提前生成好的Material.ush，类似GetMaterialEmissive（…）的函数，会在里面进行组装。然后我们要将各种ConstBuffer组装为一个参数集合MaterialParameters，后面给引擎生成的代码函数提供参数。最后就是调用指定Pin脚生成的代码（GetMaterialEmissive），获得材质蓝图对应Shader代码运行的结果。



RenderDoc中截取的Shader代码

6．备注

材质默认使用LightFunction的MaterialDomain，我们可以定义自己的MaterialDomain，或者添加自己的Input、Output节点，相关的代码可以参考VolumetricCloud或者LightFunction的代码。
至此我们完成了所有的编码，Demo代码已上传GitHub，详细的代码请参考Git上代码
https://github.com/Maxwell2012-XC/GBufferProcessPlugin
四．最终的效果

拖一个Actor到场景，然后创建个材质球，让自发光随时间变化







暂用LightFunction的MaterialDomain，可以自行修改和添加新的Domain

关联材质球和修改Gbuffer的Actor
最终的效果




注意左上角的WorldNormal没有修改



注意左上角的WorldNormal已经变化了

下图Actor添加材质后， GbufferNormal已经被修改，随时间变化。场景光照也随之变化。
同理，不限于Normal，Gbuffer其他存储的信息在光照前可以任意修改和定制。（此处希望来脑洞）

Github：

https://github.com/Maxwell2012-XC/GBufferProcessPlugin
期待水友提交完善，如果使用请完善并提交github，遵守许可


参考链接：（同时感谢大佬们分享）

https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/ProgrammingAndScripting/Rendering/ShaderDevelopment/
剖析虚幻渲染体系（08）- Shader体系
剖析虚幻渲染体系（09）- 材质体系
YivanLee：虚幻五渲染编程（Graphic篇）【第二卷：UnrealEngine Shader System Intro】

ainatipen

谢谢分享！！