UE4.22+ 添加自定义卡通着色模型

UE4中内置了一些着色模型(Shading Model)，基本满足了绝大部分游戏开发的需求。但一些特殊美术风格的游戏也许需要自定义着色模型，比如当下火热的二次元向游戏。本文记录了4.22+版本添加自定义着色模型的方法。

创建自定义着色模型

添加着色模型类型

在EngineTypes.h中为自定义的着色模型添加一个新的UENUM。

MaterialShader.cpp

添加一个枚举只是可以在材质编辑器看到而已，必须要定义这个着色模型。首先要设置编译这个着色器的环境。通过SetDefine()实现。SetDefine()函数的作用是为着色器添加一个属性的#define预处理器，编译着色器时就知道按照何种着色模型去编译。下面的代码就会让着色器编译器将MATERIAL_SHADINGMODEL_CEL_SHADING认作1.
HLSLMaterialTranslator.h

开启材质引脚

将会使用CustomData0和1作为Cel Bands和Outline Thickness的引脚。只需要在Material.cpp中的MP_CustomData0和MP_CustomData1之后添加开启条件。

CustomData

可以保持CustomData0或1的引脚名称，也可以自定义名字。在MaterialGraph.cpp中的GetCustomDataPinName()中添加着色模型对应的引脚名称。

另外CustomData0和1的范围是0到1，所以大于1的数值n操作最好用1/n做后续数学计算。
可以在AllocGBufferTargets()函数中看到UE4使用的是B8G8R8A8存储GBuffer的，CustomData的数据是储存在R或G通达的，8-bit小数最大值会被限制1.0。

借Refraction的引脚

修改case MP_Refraction引脚的激活条件。

但是编译材质图标节点到着色器代码时，UE会检查冗余和不持支的内容，不支持的部分就会丢弃掉，或者被默认值代替。
在HLSLMaterialTranslator.h的Translate()中，Refraction引脚只有混合模式为半透的时候才会编译，所以修改一下编译条件。

在MaterialGraph.cpp的RebuildGraph()函数中可以修改Refraction引脚名称的实现方式，用GetRefractionPinName()函数获取最终名称。

现在已经修改好所有的cpp和h文件,可以编译引擎工程。

修改着色器：BasePass和GBuffer

建立着色模型ID和颜色

在ShadingCommon.ush中定义新的SHADINGMODELID，并设置ID和颜色

为了让GBuffer输出CustomData，需要在BasePassCommon.ush中扩展输出条件

输出GBuffer数据的准备工作

ShadingModelsMaterial.ush中的SetGBufferForShadingModel()函数会设置GBuffer的数据，添加Cel着色模型的情况。

但是Refraction引脚的数据需要用GetMaterialRefraction(FPixelMaterialInputs PixelMaterialInputs)，可以在BasePassPixelShader.ush中使用PixelMaterialInpus输入参数得到Refraction引脚的数据。

修改着色器：DeferredPass和Lighting

光照调整

DeferredLightPixelMain()函数在DeferredLightPixelShaders.usf中。颜色是通过GetDynamicLighting()函数实现的，该函数位于DeferredLightingCommon.ush中。首先获取阴影项，然后调用函数IntegrateBxDF()函数得到光照项。在该函数中，不同的着色模型会执行不同的BxDF()，所以可以在ShadingModels.ush的IntegratedBxDF()函数中添加CelShadingBxDF()。可以以DefaultLitBxDF()为基础修改和扩展。

阴影调整

阴影还是默认的柔和，在GetDynamicLighting()中的IntegrateBxDF()前调用了GetShadowTerms()。在计算光照颜色的时候将LightColor与LightMask和Shadow.SurfaceShadow进行了相乘。所以只需要对LightMask和Shadow.SurfaceShadow进行一步处理，得到分层的锐利阴影即可。
DeferredLightingCommon.ush