アンリアル・エンジン４に採用された物理ベースのマテリアル・システム・・・「Unreal Japan News」第72回

ハイエンドな映像やゲーム制作の現場では、物理ベースのシェーディングへの関心が高まっています。それにより、あらゆるライティング環境下に適合できる美麗でリアルなマテリアルを簡単に作成することが可能になるためです。アンリアル・エンジン４に搭載された新しいシェイディング・モデルとマテリアル・ワークフローは、従来の高価で時間のかかるアプローチからの解放を可能にしました。

Epicの新しいマテリアル・パイプラインでは、アーティストは物理ベースのシェーディングを視覚的にも分かりやすい形で活用することができます。マテリアルの実装は更に容易になる一方で、これまでと同様のハイクオリティな成果物を作成できる様々なコンテンツ・クリエーションの方法がサポートされています。

UE4のマテリアルには、ノードベースのビジュアル・スクリプティングが使用されており、変更をリアルタイムでゲーム世界全体に反映させることができるように設計されています。物体の表面が一種類だけのマテリアルで構成されている場合でも、あるいはレイヤードマテリアル（詳細は後述）で構成されている場合でも、UE4のマテリアルはパフォーマンスに優れ、とても美しく、更にアーティストがビジュアル面に関する完全なコントロールを持つことを可能にします。

一例としてUE4で制作されたインフィルトレーター・デモを見てみましょう。Epicのアーティストが主人公の外見を制作するために使用したプロセスは、従来のテクニックとは大幅に異なるもので、とりわけキャラクターのシェーダーとテクスチャーの使い方が変わっていました。これまでのようにキャラクターのディフューズやスペキュラー、ノーマル等のプロパティに複数のハイレゾ・テクスチャーを使用するのではなく、新たに採用されたレイヤード・アプローチが多くのマテリアルを定義しています。

インフィルトレーターのキャラクターは多くのマテリアル・レイヤーで構成されており、それぞれのレイヤーが繊維、金属、ゴム、肌、髪といった現実世界の一般的な素材を表しています。各レイヤーは別々に制作された後で最終的なシェーダーとしてブレンドされ、テクスチャーマスクによって体のどの部分でどのレイヤーが見えるようになるか定義されます。クロームのレイヤーがバックルに使われる、といったシンプルなケースもありますが、肌のような部分ではもっと複雑な処理が行われています。

インフィルトレーターで見られるもう一つの例は、空中を進む車輌ロボットです。ベースの金属部分はひとつのマテリアル・レイヤーで物理ベースで定義されていますが、独自の物理プロパティを持った完全に別個のペイントレイヤーが設定されています。最終的なシェーダーでは、ペイント部分が金属部分の上に不透明な形でブレンドされています。このブレンドは、単純にテクスチャーを重ねるだけよりももっと複雑な処理を行っているので、金属の光沢度合い、スペキュラー、ノイズ等がブレンドできるようになっています。更に、他のレイヤーから独立したデカール・レイヤーにより、ロボット全体の細かな質感に影響を与えること無く、細かなタッチを加える事ができるようになっています。

このマテリアル・システムの進化により、個別のポリゴンごとに変化を適用していた従来のやり方と異なり、ピクセルレベルでレイヤーをペイントできるようになりました。これにより、制作中にそのまま編集・セーブ・共有が可能なUE4のエディタ機能と併せて使用することで、莫大な量の製作時間を節約することが可能となります。

マテリアルをピクセル単位でマップできるため、アーティストがマッピングをランタイムに変更することが可能になりました。例えば、１本の樹木に割り当てられた１つのマテリアルで、普段の樹皮の質感と、木が燃えた時の焦げた質感を両方定義することができます。アーティストはマスクをいつでも変更できますし、ゲームプレイの進行に従ってどこにでも焦げた部分を出現させることができます。

この新たなアプローチによる利点は複数あります。樹皮や焦げた炭といったマテリアルの個別タイプをアーティストが気にかけなくてよくなるため、これまでのようにひとつのマテリアルの中で複数の異なるタイプを定義することで単一のマテリアルのネットワークを複雑化する必要がなくなります。この新しい技術により、マテリアルは本質的にシンプルなものとなり、より手早く制作可能になります。また、必要があればパイプラインの後ろの部分でも容易に編集可能になります。

さらに、各マテリアル・レイヤーの配置を定義するマスクは、ゲームプレイ中に修正やアニメーションさせることが可能です。この新たな機能の可能性は無限です。衣服が裂けて肌が露出する状況や、体の上を流れる黒いオイル、等々。マテリアルを完全に切り替えることで、肌から鉄やクローム等に変身するキャラクターをアーティストが簡単にシミュレートすることも可能です。そういった処理を全てランタイムで、かつアーティストによる迅速で効率的な編集機能を維持したまま行うことが出来るのです。

レイヤード・マテリアルに関する解説は、以下のビデオでもご覧いただけます。

アンリアル・エンジン４に採用された物理ベースのマテリアル・システム・・・「Unreal Japan News」第72回

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