在UE4中创建高斯模糊后期材质

本篇教程来自国外一位大佬的文章，在这里我会总结下制作过程，有些不重要的地方可能会直接跳过。原文链接：

https://www.raywenderlich.com/57-unreal-engine-4-custom-shaders-tutorial

关于如何在custom node中引用.usf文件，还是移步这里：

https://blog.csdn.net/weixin_43369654/article/details/92607776

准备工作

首先在工程文件根目录创建一个Shaders的文件夹，打开shaders文件夹，创建一个名为Gaussian.usf的文件。

新建一个材质球，并把细节面板的Material Domain设置成postprocess。按照如图的方式连接。Round（四舍五入）保证半径总是一个整数。Gaussian Blur（高斯模糊）就是我们本次的重点了，这是一个custom node：

创建好custom node后，看细节面板：

Code：写shader代码的地方，UE4只支持HLSL

Description：命名你的自定义节点

Inputs：输入接口

在custom node里写代码时需要注意的是，并不能按照常规的方法来写。

比如你写了如下代码：
return 1;
编译器会翻译成如下（没有缩进）：
MaterialFloat3 CustomExpression0(FMaterialPixelParameters Parameters)
{
return 1;
}
如果你的代码是这样写的：
    return 1;
}float MyGlobalVariable;int MyGlobalFunction(int x)
{return x;
得到的HLSL语法结果将会是：
MaterialFloat3 CustomExpression0(FMaterialPixelParameters Parameters)
{return 1;
}float MyGlobalVariable;int MyGlobalFunction(int x)
{return x;
}
注意开头和结尾处会少两个大括号，务必按照这种方式来写custom node，不然会报错。

高斯模糊公式

$f(x) = e^{-0.5(\pi x)^{2}$

函数的表现形式如下：

这是一个简化的一维高斯模糊公式，如图可见它的接收值域为[-1,1]，输出值域为[0,1]。

接下来，新建一个custom node并命名为Global，在代码栏里输入下列文本：

    return 1;
}float Calculate1DGaussian(float x)
{return exp(-0.5 * pow(3.141 * (x), 2));

Calculate 1DGaussian()：这个函数就是上述一维高斯模糊公式的代码化。

注意Output Type要改成Float4，因为接下来你需要将Global与SceneTexture相乘，得到如下：

如此一来任何后续的自定义节点都可以使用Global中定义的函数。

打开Gaussian.usf 并将里面的代码替换为下述代码：

static const int SceneTextureId = 14;
float2 TexelSize = View.ViewSizeAndInvSize.zw;  //将偏移量转换到UV空间
float2 UV = GetDefaultSceneTextureUV(Parameters, SceneTextureId);   //当前像素的UV
float3 PixelSum = float3(0, 0, 0);    //将内核（kernel）中每个像素的颜色累加（sum）起来。
float WeightSum = 0;    //将内核中每个像素的权重累加起来。

对于SceneTexture的ID这里有一个对照的列表：

故SceneTextureId = 14 对应的就是Post Process Input 0 了。

关于内核（kernel）的概念会在下一篇文章单独拿出来讲，这里不理解的朋友可以暂时不用管它是什么意思。

紧接着上述代码下面加入两个嵌套的for循环，加入后如下：

static const int SceneTextureId = 14;
float2 TexelSize = View.ViewSizeAndInvSize.zw;                      //将偏移量转换到UV空间
float2 UV = GetDefaultSceneTextureUV(Parameters, SceneTextureId);   //当前像素的UV
float3 PixelSum = float3(0, 0, 0);                                  //将内核（kernel）中每个像素的颜色累加（sum）起来。
float WeightSum = 0;                                                //将内核中每个像素的权重累加起来。for (int x = -Radius; x <= Radius; x++)           //水平方向
{for (int y = -Radius; y <= Radius; y++)       //垂直方向{}
}

其中最外层的for循环是x轴（水平方向）的偏移量，嵌在内部的for循环是y轴（垂直方向）的偏移量。理论上来讲，这个两层嵌套的for循环将会以当前的像素为中心形成一个内核，如下：

不断运动的九宫格网格就是内核（kernel）。

内核的尺寸是2r+1，比如半径（radius）= 2，则内核 = （2 * 2+1）x（2 * 2+1）即 5x5网格。

接下来在内层的for循环里加入以下代码：

float2 Offset = UV + float2(x, y) * TexelSize;           //计算采样像素的相对偏移量并将其转换为UV空间
float3 PixelColor = SceneTextureLookup(Offset, SceneTextureId, 0).rgb;    //通过偏移量对场景纹理进行采样
float Weight = Calculate1DGaussian(x / Radius) * Calculate1DGaussian(y / Radius);    //计算采样像素的加权。为了计算二维的高斯模糊，你需要将两个一维的高斯模糊相乘（multiply），除以（divide）radius是因为简化的高斯模糊公式的值域是[-1,1]，所以需要将它们的值归一化。
PixelSum += PixelColor * Weight;          //将加权的颜色添加到PixelSum
WeightSum += Weight;                      //将权重添加给WeightSum

最后，在for嵌套循环外加上返回值：

static const int SceneTextureId = 14;
float2 TexelSize = View.ViewSizeAndInvSize.zw;                      //将偏移量转换到UV空间
float2 UV = GetDefaultSceneTextureUV(Parameters, SceneTextureId);   //当前像素的UV
float3 PixelSum = float3(0, 0, 0);                                  //将内核（kernel）中每个像素的颜色累加（sum）起来。
float WeightSum = 0;                                                //将内核中每个像素的权重累加起来。for (int x = -Radius; x <= Radius; x++)           //水平方向
{for (int y = -Radius; y <= Radius; y++)       //垂直方向{float2 Offset = UV + float2(x, y) * TexelSize;           //计算采样像素的相对偏移量并将其转换为UV空间float3 PixelColor = SceneTextureLookup(Offset, SceneTextureId, 0).rgb;    //通过偏移量对场景纹理进行采样float Weight = Calculate1DGaussian(x / Radius) * Calculate1DGaussian(y / Radius);    //计算采样像素的加权。为了计算二维的高斯模糊，你需要将两个一维的高斯模糊相乘（multiply），除以（divide）radius是因为简化的高斯模糊公式的值域是[-1,1]，所以需要将它们的值归一化。PixelSum += PixelColor * Weight;          //将加权的颜色添加到PixelSumWeightSum += Weight;                      //将权重添加给WeightSum}
}return PixelSum / WeightSum;

应用后，调节Radius就可以看到效果了（记得要把该材质赋给PostProcess才能看到效果）。

Custom Node的局限性

访问限制

Custom Node无法访问大部分的渲染管线，例如光照信息和运动方向。

引擎版本兼容性

你在4.19版本写的Custom Node不保证能在4.22也可以继续运行。建议多留意每次更新的官方文档。

优化

这一条可以算作是优点而非局限性了。自定义节点最大的好处就是观赏简洁，不必在打开一个shader的时候发现满屏幕的连线而感到头疼。官方的建议是，如果使用连线的方式很麻烦的时候，可以选择使用自定义节点自己去写。