3D Materialien (Spatial)

Einführung

SpatialMaterial ist ein Standard-3D-Material, das die von Künstlern meistgesuchten Funktionen bereitstellen soll, ohne dass Shader-Code geschrieben werden muss. Falls zusätzliche Funktionen benötigt werden, kann es jedoch in Shader-Code konvertiert werden.

In dieser Anleitung werden die meisten in SpatialMaterial vorhandenen Parameter erläutert.

Es gibt drei Möglichkeiten, einem Objekt ein SpatialMaterial hinzuzufügen. Es kann in der Eigenschaft Material des Meshes hinzugefügt werden. Sie kann in der Eigenschaft Material des Nodes mithilfe des Meshes (z.B. einem MeshInstance-Node) oder in der Eigenschaft Material überschreiben des Nodes mithilfe des Meshes hinzugefügt werden.

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Wenn Sie dem Mesh selbst ein Material hinzufügen, erhält das Meshes bei jeder Verwendung dieses Material. Wenn Sie dem Node mithilfe des Meshes ein Material hinzufügen, wird das Material nur von diesem Node verwendet und überschreibt auch die Materialeigenschaft des Meshes. Wenn ein Material in der Eigenschaft *Material überschreiben * des Nodes hinzugefügt wird, wird es nur von diesem Node verwendet. Außerdem werden die reguläre Materialeigenschaft des Nodes und die Materialeigenschaft des Meshes überschrieben.

Flags

Räumliche Materialien haben viele Flags, die die allgemeine Verwendung eines Materials bestimmen.

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Transparent

In Godot sind Materialien nur dann transparent, wenn sie speziell konfiguriert sind. Der Hauptgrund dafür ist, dass transparente Materialien mit einer anderen Technik gerendert werden (von hinten nach vorne sortiert und in der richtigen Reihenfolge gerendert).

Diese Technik ist weniger effizient (viele Zustandsänderungen treten auf) und macht die Materialien mit vielen Mittel- und Nachbearbeitungseffekten (wie SSAO, SSR usw.) unbrauchbar, die eine perfekt lichtundurchlässige Geometrie erfordern.

Aus diesem Grund werden Materialien in Godot als undurchsichtig angenommen, sofern nicht anders angegeben. Die wichtigsten Einstellungen, die Transparenz ermöglichen, sind:

  • Transparentes Flag (dieses hier)
  • Übergangsmodus auf etwas anderes als "Mix" eingestellt
  • Aktiviert das Verblassen bei Nähe oder Entfernung

Schatten zur Deckkraft verwenden

Durch die Beleuchtung wird das Alpha so geändert, dass schattierte Bereiche undurchsichtig und nicht schattierte Bereiche transparent sind. Nützlich zum Überlagern von Schatten auf einen Kamera-Feed in AR.

nicht schattiert

In den meisten Fällen ist es üblich, dass Materialien durch Beleuchtung beeinträchtigt werden (schattiert).

In einigen Fällen möchten Sie jedoch möglicherweise nur die Albedo (Farbe) anzeigen und den Rest ignorieren. Wenn Sie dieses Flag aktivieren, werden alle Schattierungen entfernt und reine, unbeleuchtete Farben angezeigt.

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Vertex Beleuchtung

Godot hat dank des Tiefenvorlaufs mehr oder weniger einheitliche Kosten pro Pixel. Alle Beleuchtungsberechnungen werden durchgeführt, indem der Beleuchtungs-Shader für jedes Pixel ausgeführt wird.

Da diese Berechnungen kostspielig sind, kann die Leistung in einigen Fällen erheblich beeinträchtigt werden, z.B. beim Zeichnen mehrerer Transparenzschichten (was in Partikelsystemen üblich ist). In diesen Fällen kann die Umstellung auf Vertex-Beleuchtung hilfreich sein.

Darüber hinaus kann die Umstellung auf Vertex-Beleuchtung auf Low-End- oder Mobilgeräten die Renderleistung erheblich verbessern.

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Beachten Sie, dass bei aktivierter Vertex-Beleuchtung nur gerichtete Beleuchtung Schatten erzeugen kann (aus Leistungsgründen).

Kein Tiefentest

Damit nahe Objekte über weit entfernten Objekten erscheinen, werden Tiefenprüfungen durchgeführt. Das Deaktivieren hat zur Folge, dass Objekte über (oder unter) allem anderen angezeigt werden.

Das Deaktivieren dieser Option ist am sinnvollsten, um Anzeigegeräte im Raum zu zeichnen und funktioniert sehr gut mit der Eigenschaft Renderpriorität von Material (siehe unten auf dieser Seite).

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Punktgröße verwenden

Diese Option ist nur wirksam, wenn die gerenderte Geometrie aus Punkten besteht (im Allgemeinen besteht sie aus Dreiecken, wenn sie aus 3D-DCCs importiert wird). In diesem Fall kann die Größe dieser Punkte geändert werden (siehe unten).

Dreiflächige Welt

Bei Verwendung der dreiflächigen (Triplanar) Zuordnung (siehe unten in den Einstellungen für UV1 und UV2) wird im lokalen Objektraum triplanar berechnet. Mit dieser Option funktioniert Triplanar im Raum.

feste Größe

Dadurch wird das Objekt unabhängig von der Entfernung mit derselben Größe gerendert. Dies ist vor allem für Anzeigegeräte (kein Tiefentest und hohe Renderpriorität) und einige Arten von Werbetafeln nützlich.

Keine Schatten empfangen

Lässt das Objekt keinen Schatten empfangen, der sonst darauf geworfen würde.

Umgebungslicht deaktivieren

Lässt das Objekt keine Umgebungsbeleuchtung erhalten, die es sonst beleuchten würde.

Stellen Sie sicher, dass die Normals korrekt sind

Gleicht Normals an, wenn eine ungleichmäßige Skalierung verwendet wird.

Vertexfarbe

Mit dieser Einstellung können Sie auswählen, was standardmäßig für Vertex-Farben verwendet werden soll, die aus Ihrer 3D-Modellierungsanwendung stammen. Standardmäßig werden sie ignoriert.

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Als Albedo verwenden

Wenn Sie diese Option auswählen, wird die Vertex-Farbe als Albedo-Farbe verwendet.

ist sRGB

Die meisten 3D-DCCs exportieren Vertex-Farben wahrscheinlich als sRGB. Wenn Sie diese Option aktivieren, sehen sie korrekt aus.

Parameter

SpatialMaterial verfügt auch über mehrere konfigurierbare Parameter, um viele Aspekte des Renderns zu optimieren:

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Diffuser Modus

Specifies the algorithm used by diffuse scattering of light when hitting the object. The default is Burley. Other modes are also available:

  • Burley: Default mode, the original Disney Principled PBS diffuse algorithm.
  • Lambert: Is not affected by roughness.
  • Lambert Wrap: Extends Lambert to cover more than 90 degrees when roughness increases. Works great for hair and simulating cheap subsurface scattering. This implementation is energy conserving.
  • Oren Nayar: This implementation aims to take microsurfacing into account (via roughness). Works well for clay-like materials and some types of cloth.
  • Toon: Provides a hard cut for lighting, with smoothing affected by roughness. It is recommended you disable sky contribution from your environment's ambient light settings or disable ambient light in the spatial material to achieve a better effect.
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Specular Mode

Specifies how the specular blob will be rendered. The specular blob represents the shape of a light source reflected in the object.

  • ShlickGGX: The most common blob used by PBR 3D engines nowadays.
  • Blinn: Common in previous-generation engines. Not worth using nowadays, but left here for the sake of compatibility.
  • Phong: Same as above.
  • Toon: Creates a toon blob, which changes size depending on roughness.
  • Disabled: Sometimes the blob gets in the way. Begone!
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Blend Mode

Controls the blend mode for the material. Keep in mind that any mode other than Mix forces the object to go through the transparent pipeline.

  • Mix: Default blend mode, alpha controls how much the object is visible.
  • Add: Object is blended additively, nice for flares or some fire-like effects.
  • Sub: Object is subtracted.
  • Mul: Object is multiplied.
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Cull Mode

Determines which side of the object is not drawn when backfaces are rendered:

  • Back: The back of the object is culled when not visible (default).
  • Front: The front of the object is culled when not visible.
  • Disabled: Used for objects that are double-sided (no culling is performed).

Depth Draw Mode

Specifies when depth rendering must take place.

  • Opaque Only (default): Depth is only drawn for opaque objects.
  • Always: Depth draw is drawn for both opaque and transparent objects.
  • Never: No depth draw takes place (do not confuse this with the No Depth Test option above).
  • Depth Pre-Pass: For transparent objects, an opaque pass is made first with the opaque parts, then transparency is drawn above. Use this option with transparent grass or tree foliage.
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Line Width

When drawing lines, specify the width of the lines being drawn. This option is not available on most modern hardware.

Punktgröße

When drawing points, specify the point size in pixels.

Billboard Mode

Enables billboard mode for drawing materials. This controls how the object faces the camera:

  • Disabled: Billboard mode is disabled.
  • Enabled: Billboard mode is enabled, the object's -Z axis will always face the camera.
  • Y-Billboard: The object's X axis will always be aligned with the camera.
  • Particles: Most suited for particle systems, because it allows specifying animation options.
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The above options are only enabled for Particle Billboard.

Billboard Keep Scale

Enables scaling a mesh in billboard mode.

Wachsen

Grows the object vertices in the direction pointed by their normals:

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This is commonly used to create cheap outlines. Add a second material pass, make it black and unshaded, reverse culling (Cull Front), and add some grow:

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Use Alpha Scissor

When transparency other than 0 or 1 is not needed, it's possible to set a threshold to prevent the object from rendering semi-transparent pixels.

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This renders the object via the opaque pipeline, which is faster and allows it to use mid- and post-process effects such as SSAO, SSR, etc.

Materialfarben, Karten und Kanäle

Neben den Parametern definieren die Materialien selbst die Farben, Texturen und Kanäle. Godot unterstützt eine umfangreiche Liste von ihnen. Sie werden nachstehend ausführlich beschrieben:

Albedo (Hauptfarbe)

Albedo ist die Grundfarbe für das Material, auf das alle anderen Einstellungen angewendet werden. Bei der Einstellung Unschattiert ist dies die einzige sichtbare Farbe. In früheren Versionen von Godot wurde dieser Kanal Diffuse genannt. Die Namensänderung erfolgte hauptsächlich, weil diese Farbe in PBR (Physically Based Rendering) viel mehr Berechnungen beeinflusst als nur den diffusen Beleuchtungspfad.

Albedofarbe und -textur können zusammen verwendet werden, da sie multipliziert werden.

Alpha-Kanal in Albedofarbe und -textur wird auch für die Objekttransparenz verwendet. Wenn Sie eine Farbe oder Textur mit Alpha-Kanal verwenden, stellen Sie sicher, dass entweder Transparenz oder Alpha-Schere aktiviert ist, damit dies funktioniert.

Metallisch

Godot verwendet aufgrund seiner Einfachheit ein Metallmodell gegenüber Konkurrenzmodellen. Dieser Parameter definiert, wie reflektierend das Material ist. Je reflektierender, desto weniger diffuses/Umgebungslicht beeinflusst das Material und desto mehr Licht wird reflektiert. Dieses Modell wird als "energiesparend" bezeichnet.

Der Parameter Spiegelnd ist ein allgemeiner Wert für das Reflexionsvermögen (im Gegensatz zu Metallisch ist dies nicht energiesparend. Belassen Sie ihn daher bei 0.5 und verändern Sie ihn nur, wenn Sie dies benötigen).

Das minimale interne Reflexionsvermögen beträgt 0.04, daher ist es unmöglich ein Material wie im wirklichen Leben vollkommen ohne Reflexion zu erstellen.

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Unebenheit

Unebenheit beeinflusst die Art und Weise, wie Reflexion stattfindet. Ein Wert von 0 macht es zu einem perfekten Spiegel, während ein Wert von 1 die Reflexion vollständig verwischt (Simulation einer natürlichen Mikrooberfläche). Die meisten gängigen Materialtypen können mit der richtigen Kombination von Metallisch und Unebenheit erzielt werden.

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Ausstrahlung

Ausstrahlung gibt an, wie viel Licht vom Material emittiert wird (beachten Sie, dass dies kein Licht um die Geometrie einschließt, es sei denn GI Proben wird verwendet). Dieser Wert wird zum resultierenden endgültigen Bild hinzugefügt und nicht durch andere Beleuchtung in der Szene beeinflusst.

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Normal map

Normal mapping allows you to set a texture that represents finer shape detail. This does not modify geometry, only the incident angle for light. In Godot, only the red and green channels of normal maps are used for better compression and wider compatibility.

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Bemerkung

Godot requires the normal map to use the X+, Y- and Z+ coordinates. In other words, if you've imported a material made to be used with another engine, you may have to convert the normal map so its Y axis is flipped. Otherwise, the normal map direction may appear to be inverted on the Y axis.

More information about normal maps (including a coordinate order table for popular engines) can be found here.

Rim

Some fabrics have small micro-fur that causes light to scatter around it. Godot emulates this with the Rim parameter. Unlike other rim lighting implementations, which just use the emission channel, this one actually takes light into account (no light means no rim). This makes the effect considerably more believable.

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Rim size depends on roughness, and there is a special parameter to specify how it must be colored. If Tint is 0, the color of the light is used for the rim. If Tint is 1, then the albedo of the material is used. Using intermediate values generally works best.

Clearcoat

Diese Features ist nur bei Verwendung des GLES3-Backends verfügbar.

The Clearcoat parameter is used to add a secondary pass of transparent coat to the material. This is common in car paint and toys. In practice, it's a smaller specular blob added on top of the existing material.

Anisotropie (Richtungsabhängigkeit)

Diese Features ist nur bei Verwendung des GLES3-Backends verfügbar.

This changes the shape of the specular blob and aligns it to tangent space. Anisotropy is commonly used with hair, or to make materials such as brushed aluminum more realistic. It works especially well when combined with flowmaps.

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Ambient Occlusion

It is possible to specify a baked ambient occlusion map. This map affects how much ambient light reaches each surface of the object (it does not affect direct light by default). While it is possible to use Screen-Space Ambient Occlusion (SSAO) to generate ambient occlusion, nothing beats the quality of a well-baked AO map. It is recommended to bake ambient occlusion whenever possible.

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Tiefe

Diese Features ist nur bei Verwendung des GLES3-Backends verfügbar.

Setting a depth map on a material produces a ray-marched search to emulate the proper displacement of cavities along the view direction. This is not real added geometry, but an illusion of depth. It may not work for complex objects, but it produces a realistic depth effect for textures. For best results, Depth should be used together with normal mapping.

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Streuung unter der Oberfläche

Diese Features ist nur bei Verwendung des GLES3-Backends verfügbar.

Dieser Effekt emuliert Licht das die Oberfläche eines Objekts durchdringt, gestreut wird und dann austritt. Es ist nützlich um realistische Haut, Marmor, farbige Flüssigkeiten usw. zu erstellen.

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Übertragung

Hiermit wird gesteuert wie viel Licht von der beleuchteten Seite (sichtbar für Licht) auf die dunkle Seite (gegenüber dem Licht) übertragen wird. Dies funktioniert gut für dünne Objekte wie Pflanzenblätter, Gras, menschliche Ohren usw.

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Brechung

Diese Features ist nur bei Verwendung des GLES3-Backends verfügbar.

Wenn die Brechung aktiviert ist, ersetzt sie die Alpha-Überblendung und Godot versucht stattdessen Informationen hinter dem gerenderten Objekt abzurufen. Dies ermöglicht eine Verzerrung der Transparenz auf ähnliche Weise wie die Brechung im wirklichen Leben.

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Detail

Godot ermöglicht die Verwendung von sekundärer Albedo und normalen Karten, um eine Detailtextur zu erzeugen, die auf viele Arten gemischt werden kann. Durch die Kombination mit sekundären UV- oder triplanaren Modi können viele interessante Texturen erzielt werden.

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Es gibt verschiedene Einstellungen die steuern, wie Details verwendet werden.

Maske: Die Detailmaske ist ein Schwarzweißbild mit dem gesteuert wird, wo das Mischen auf einer Textur stattfindet. Weiß steht für die Detailtexturen, Schwarz für die normalen Materialtexturen, verschiedene Graustufen für die teilweise Überblendung der Materialtexturen und Detailtexturen.

Übergangsmodus: Diese vier Modi steuern, wie die Texturen ineinander überblenden..

  • Mix: Combines pixel values of both textures. At black, only show the material texture, at white, only show the detail texture. Values of gray create a smooth blend between the two.
  • Add: Adds pixel values of one Texture with the other. Unlike mix mode both textures are completely mixed at white parts of a mask and not at gray parts. The original texture is mostly unchanged at black
  • Sub: Subtracts pixel values of one texture with the other. The second texture is completely subtracted at white parts of a mask with only a little subtraction in black parts, gray parts being different levels of subtraction based on the exact texture.
  • Mul: Multiplies the RGB channel numbers for each pixel from the top texture with the values for the corresponding pixel from the bottom texture.

Albedo: This is where you put an albedo texture you want to blend. If nothing is in this slot it will be interpreted as white by default.

Normal: This is where you put a normal texture you want to blend. If nothing is in this slot it will be interpreted as a flat normal map. This can still be used even if the material does not have normal map enabled.

UV1 und UV2

Godot supports two UV channels per material. Secondary UV is often useful for ambient occlusion or emission (baked light). UVs can be scaled and offset, which is useful when using repeating textures.

Triplanar Mapping

Triplanar mapping is supported for both UV1 and UV2. This is an alternative way to obtain texture coordinates, sometimes called "Autotexture". Textures are sampled in X, Y and Z and blended by the normal. Triplanar mapping can be performed in either world space or object space.

In the image below, you can see how all primitives share the same material with world triplanar, so the brick texture continues smoothly between them.

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Proximity and distance fade

Godot allows materials to fade by proximity to each other as well as depending on the distance from the viewer. Proximity fade is useful for effects such as soft particles or a mass of water with a smooth blending to the shores. Distance fade is useful for light shafts or indicators that are only present after a given distance.

Keep in mind enabling these enables alpha blending, so abusing them for an entire scene is usually not a good idea.

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Render Reihenfolge

The rendering order of objects can be changed, although this is mostly useful for transparent objects (or opaque objects that perform depth draw but no color draw, such as cracks on the floor).