学习在UE中使用RVT(RuntimeVirtualTexture)将物体与地形混合过渡_ue rvt

前言

当物体放在地形上并与地形有穿插时，其交界处通常会看到硬接缝。在以前，使用RenderTargets是一个解决方案：将地形等信息渲染到贴图上，其他物体就可以采样这张贴图了，随后根据接近地形的程度，来与渲染的贴图进行不同程度的混合。

在当前的虚幻版本中有了RuntimeVirtualTexture(运行时虚拟纹理)，可以取代之前的RenderTargets。（关于它和RenderTargets方式的比较，在这里有讨论，可以参考）。在解决这个物体与地形混合过渡的问题上，RVT的操作和RenderTargets类似，而在步骤上更为简洁。但是最为重要的区别是，它的底层使用了 VirtualTexture(虚拟纹理) 技术，本文末将观察这项技术的使用。

本篇的步骤主要参考了教程How to Blend Objects with Your Landscape - UE4 Runtime Virtual Texturing (RVT) Tutorial - YouTube，不过使用了更简单的资源做测试，算是一个简化。

测试场景准备

我在创建工程时使用了“初学者内容包”。
随意创建一个地形并添加了些随意的噪声。创建一个地形材质时我使用了 T_Ground_Gravel_D 和 T_Ground_Gravel_N 作为基础色贴图与法线贴图。
然后在场景中放入一个石头模型SM_Rock。

当前，可以看到石头与地形之间有明显的接缝：

0. 启用 Virtual Texture

项目设置 =》 引擎-渲染 =》启用虚拟纹理支持

（启用后需要重启UE）

1. 创建RVT资源

在内容浏览器中右键 材质和纹理 =》运行时虚拟纹理。

接下来需要两个RVT，一个针对于地形的高度vt_height，一个针对于地形的材质vt_mat

对于vt_height，选择“场景高度”作为其 虚拟纹理内容。

而对于vt_mat，其 虚拟纹理内容 则留作默认的“底色、法线、粗糙度、高光度”。但是其尺寸可能需要调高一些：

2. 在场景中创建RVT的Volume

接下来需要在场景中放置RuntimeVirtualTextureVolume，可以从放置面板中搜索此Actor然后拖入场景中。

然后设置其对应的RVT资源：

RuntimeVirtualTextureVolume用来指定渲染VT的位置与范围，可以手动指定范围，也可以自动与场景中的地形对齐：选择场景中的地形然后点击“设置边界”。

由于vt_mat也需要一个这样的Volume，所以可以复制当前Volume，然后设置其对应的RVT：

3. 在地形材质中指定渲染RVT

在地形材质中使用Runtime Virtual Texture Output节点来将数据写入RVT：

基本上，就是将原本输出给最终结果的数据，也同时输出给了Runtime Virtual Texture Output节点。
不过有些需要做些处理：

• 对于“法线”，需要将其从切线空间转换为世界空间。
• 对于“高度”，需要对原本从“绝对世界位置”节点中获取的三维向量，取其RGB中的B（因为虚幻中XYZ中的Z代表向上的高度）

4. 指定地形输出的RVT资源

选择地形Actor，指定将vt_height和vt_mat填入其虚拟纹理的数组中。填入后就可看到RVT渲染出了内容：

5. 在石头材质中采样RVT

Runtime Virtual Texture Sample节点可以在材质中对RVT进行采样。
在石头材质中添加一个此节点，然后设置其RVT资源为vt_mat，这个RVT中将有地形的底色和法线等。

随后，将其数据连入石头材质的最终输出：

需要注意的是：

• 由于之前在地形材质中，写入RVT中的法线是世界空间的，而这里石头材质的输出需要的是切线空间，所以需要添加节点将世界空间转换为切线空间。

随后，可以在场景中看到现在石头材质的表现：

可以注意到，其与地形交界处已经没有明显接缝（不过还是能看出接缝，因为UV的拉伸度有突变）。

当然，目前的效果不是最终想要的，因为期望是其只在接近地形的位置处才趋近于地形材质。因此，接下来就需要使用地形高度来决定混合程度了。

6. 在石头材质中采样地形高度RVT并进行材质混合

为了方便混合，我将采样的地形材质通过一个Make Material Attributes封装为一个整体：

而石头材质原本的输出连到另一个Make Material Attributes节点中：

接下来，就是通过Blend Material Attributes节点依据高度将二者混合，并输出给最终结果了：（最终输出节点需要勾选“使用材质属性”，这样才能变为一个读取整个Material Attributes的引脚）

此处的 Alpha 就是混合系数，此时：
A l p h a { = 0 : 采 样 的 地 形 材 质 = 1 : 石 头 原 本 的 材 质 0 ∼ 1 : 由 地 形 到 石 头 过 渡 Alpha

$$\begin{cases} =0 : & 采样的地形材质\\ =1: & 石头原本的材质\\ 0 \sim 1: &由地形到石头过渡 \end{cases}$$ Alpha⎩⎪⎨⎪⎧​=0:=1:0∼1:​采样的地形材质石头原本的材质由地形到石头过渡​

而这个 Alpha 期望根据与地形高度的距离进行计算。

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在先前地形材质中已经设定了将高度输出到RVT中，所以同理在石头材质中再创建一个Runtime Virtual Texture Sample节点，但其RVT资源应设置为vt_height（“虚拟纹理内容”应该也会被自动设置为“场景高度”）：

接着，便可以将当前的位置的高度减去地形高度，获得的与地形的距离记为 d。

对于 d 它期望有如下表现：
d { ⩽ 0 : 采 样 的 地 形 材 质 ⩾ 过 渡 范 围 : 石 头 原 本 的 材 质 0 ∼ 过 渡 范 围 : 由 地 形 到 石 头 过 渡 d

$$\begin{cases} \leqslant 0 : & 采样的地形材质\\ \geqslant 过渡范围: & 石头原本的材质\\ 0 \sim 过渡范围: &由地形到石头过渡 \end{cases}$$ d⎩⎪⎨⎪⎧​⩽0:⩾过渡范围:0∼过渡范围:​采样的地形材质石头原本的材质由地形到石头过渡​
为了将 d 变 Alpha，需要做两件事：

1. 将 “0 ~ 过渡范围” 变换为 “0 ~ 1” ，为此需要将 d 除以“过渡范围”。
2. 将 0 ~ 1 范围之外的值 clamp 到 0 ~ 1 。

我将这个“过渡范围”提取为参数range，然后连接下面的节点：

最终节点：（隐藏了左侧石头原本的材质节点）

效果

在range取值为“20”的情况下，效果如下：

其和不使用的效果还是有很大差别：

可以随意拖动感受效果：

至此，效果已经实现。

不过作为延伸，也可以稍微观察一下虚拟纹理技术：

*观察虚拟纹理技术

启用UE的RenderDoc插件后，使用它来截一帧：

随后，可以在左侧找到绘制石头所用的DrawCall，我这里是：
Scene -> BasePass -> BasePass -> TestRockMat SM_Rock。
在这次DrawCall的右侧的输出纹理中，可以看到石头将其本身的法线和颜色等信息输出到了GBuffer上：

接下来就是虚拟纹理技术有趣的地方了。
按照本篇操作的步骤，逻辑上是：先把地形的材质等信息渲染到了一张大纹理中，随后石头渲染时将会采样这张地形的大纹理并进行混合。然而实际上，这张大纹理从没有真正存在过，它是虚拟的。
如果观察这次DrawCall的输入纹理，你不会找到地形的大纹理，你只能找到：

可以看到它由一些图块组成。而这些图块如何得到，渲染时如何采样，便是虚拟纹理系统所考虑的问题了。