UE5 母材质 编写笔记

什么时候用材质节点什么时候用贴图？

先看清两种方案的真实代价

                        贴图                          节点（程序化）
─────────────────────────────────────────────────────────────
一次性成本     贴图制作时间（美术画/烘焙）        TA 写材质图的时间
每帧成本       纹理采样 + 显存带宽               ALU 指令数
内存成本       显存占用（持久）                  无（零内存）
变化能力       改贴图 = 重新导入                 改参数 = 即时
精度           看分辨率                          数学精确
独特性          每张贴图都是唯一的                 同参数 = 同结果

核心公式：

贴图贵在带宽和内存，节点贵在指令数。带宽是 GPU 最稀缺的资源，ALU 反而是最充裕的。

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判断框架：什么必须用贴图

必须用贴图的 4 种情况

① 无法用数学描述的信息

人脸肤色分布、衣服褶皱、木纹的年轮走势
→ 没有数学公式能描述"这张特定的脸"
→ 只能贴图

② 一次性烘焙比实时算便宜很多

高模烘焙的 AO、曲率、厚度、Normal
→ 离线烘焙 1 秒 = 运行时永远不花钱
→ 这个交易永远是划算的

③ 美术需要手绘/精细控制

角色脸上的伤痕位置、Logo 的具体形状
→ 美术要在 Photoshop 里一像素一像素地画
→ 不能用 Noise 节点拼

④ 低频 + 需要多种不同变化

同一个材质，不同道具需要不同的图案（不换 Shader）
→ 换贴图 = 不增加 Shader 排列数
→ 换逻辑 = 多一个 Static Switch = 多一种 Shader 排列

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判断框架：什么应该用节点

应该用节点的 5 种情况

① 数学规律明确的图案

棋盘格、条纹、同心圆、网格线、渐变
→ 3-5 条指令能解决的事，用贴图纯属浪费

② 需要实时动态变化的

碰撞点的冲击波扩散、能量盾的扫描线、
时间驱动的溶解效果
→ 贴图做不到（除非用 Flipbook，但那也是多张贴图）

③ 高频重复 + 大面积使用

地面的碎石纹理、墙体剥落、锈迹斑斑
→ 如果贴图要覆盖整个场景 → 纹理内存爆炸
→ 用节点程序化生成 → 零内存，平铺到任意大小

④ 作为细节叠加而非主体

细节法线（Detail Normal）、微粗糙度变化
→ 一张 256×256 的小贴图叠加在 UV 上
→ 成本 ≈ 1 次采样 + 2-3 条 Blend 指令
→ 性价比极高

UE5 母材质以及母材质 - 材质实例 合批条件

材质实例、Shader 变体与 PSO 笔记

1. 母材质的作用

母材质主要用于：

• 复用材质节点和 Shader 逻辑。
• 统一材质效果和参数。
• 降低材质维护成本。
• 控制 Shader permutation 数量。
• 方便后续统一修改。

但：

有母材质 ≠ 一定能合批 Draw Call

母材质主要解决的是材质逻辑复用，不是直接解决角色 Draw Call。

2. 材质实例的作用

材质实例可以修改：

• 颜色
• 粗糙度
• 金属度
• 普通纹理
• 其他材质参数

普通参数变化通常不会产生新的 Shader permutation。

但材质实例也可以覆盖部分静态属性，例如：

• Blend Mode
• Shading Model
• Static Switch
• Static Component Mask
• 是否使用某些静态功能

这些静态属性变化可能产生新的 Shader permutation 和 PSO。

3. Shader permutation 是什么

Shader permutation 就是 Shader 的编译变体。

Shader 结构
+ 静态编译条件
= 一个 Shader permutation

例如：

UseDetailNormal = true
UseDetailNormal = false

会生成两个不同的 Shader 变体。

多个 Static Switch 组合时，变体数量可能快速增加：

5 个二值 Static Switch
→ 理论上最多 2^5 = 32 种组合

4. 材质实例不是自带所有变体

一个材质实例不是同时包含所有 Blend Mode 或 Static Switch 变体。

它实际使用的是：

当前静态参数组合
→ 对应的一套 Shader permutation / PSO

例如：

MI_A：Opaque
MI_B：Translucent

这两个材质实例会使用不同的 Shader 变体和 PSO。

所以准确说法是：

材质实例可以通过不同的静态参数组合形成不同变体，但不会天然拥有所有变体。

你不切到另一个静态分支，那个分支一般不会进入当前 shader bytecode。
没有被材质实例使用的静态组合，通常也不会在运行时占用 shader / PSO 内存。

5. 普通参数和静态参数的区别

普通动态参数

例如：

• 颜色
• 粗糙度
• 金属度
• 普通纹理参数

通常：

不改变 Shader permutation
不改变 PSO

静态参数

例如：

• Blend Mode
• Shading Model
• Static Switch
• Static Component Mask
• 是否启用 WPO 等功能

通常：

可能改变 Shader permutation
可能改变 PSO

6. 贴图不同是否会产生 PSO 变体

如果两个材质实例：

来自同一个母材质
+ 只使用不同普通贴图
+ 其他参数和静态状态相同

通常可以：

使用相同 Shader permutation
复用相同或兼容的 PSO

但是：

纹理绑定不同
→ 通常仍然是不同 Draw Call

也就是说：

贴图不同 → 通常影响材质绑定和 Draw Call
静态参数不同 → 影响 Shader permutation 和 PSO

特殊情况可能改变变体，例如：

• 普通 Texture2D 和 Virtual Texture 的使用方式不同。
• 采样类型不同。
• Static Switch 决定是否使用某张贴图。
• Blend Mode 或 Shading Model 不同。

7. PSO 与 Draw Call 的区别

PSO 相同
≠
一定可以合并 Draw Call

要合并 Draw Call，通常还需要：

• 相同 Mesh。
• 相同 Mesh Section。
• 相同材质资源绑定。
• 相同纹理和 Sampler。
• 相同 Vertex Factory。
• 相同渲染 Pass。
• 对象差异可以通过实例数据传入。

8. 角色材质为什么难以合批

角色通常是 Skeletal Mesh，具有：

• 独立骨骼姿势。
• 多个身体部位。
• 不同贴图。
• 多个 Material Slot。
• 多个 Mesh Section。
• 不同装备和材质状态。

因此角色之间的传统 Draw Call 合批能力比较有限。

角色优化通常优先考虑：

减少 Material Slot
减少 Mesh Section
减少纹理采样
减少 Shader 指令
减少 Static Switch
减少不必要的材质功能

9. ISM 和 HISM

ISM

Instanced Static Mesh，适合批量绘制大量相同 Static Mesh。

HISM

Hierarchical Instanced Static Mesh，在 ISM 基础上增加空间层级剔除，适合大范围分布的大量静态物体。

典型用途：

• 球体
• 树木
• 草
• 岩石
• 路灯
• 大量重复装饰物

ISM/HISM 主要用于 Static Mesh，不适合直接用于每个角色都有独立骨骼动画的 Skeletal Mesh。

10. 角色和 ISM/HISM 的关系

对于普通静态物体：

同一个 Mesh
+ 同一个 MI
+ ISM/HISM
+ Per Instance Custom Data

可以让每个实例拥有不同颜色等数据，同时保持较好的批处理能力。

但对于角色：

不同角色
+ 独立骨骼动画
+ 不同贴图

通常不能直接使用 ISM/HISM，也不应把角色 Draw Call 优化完全建立在传统实例化合批上。

11. 不做母材质的影响

如果每个角色都创建独立材质：

独立材质数量增加
→ Shader Map 管理增加
→ 编译和缓存成本增加
→ 维护成本增加

如果每个材质的 Shader 功能也不同：

材质结构不同
→ Shader permutation 增加
→ PSO 种类增加

但如果独立材质只是换贴图：

通常不会因为贴图本身产生新的 permutation

主要代价是：

• 材质资源重复。
• 维护困难。
• 不利于统一优化。
• 不一定减少 Draw Call。

12. 每个角色专用材质什么时候合理

适合以下情况：

• 角色数量较少。
• 每个角色效果差异很大。
• 可以删除大量不需要的材质功能。
• 能减少纹理采样和 Shader 指令。
• 项目不依赖角色之间的 Draw Call 合批。

如果只是复制相同材质节点，然后替换贴图，性能收益通常有限。

更折中的方式是按类型建立少量母材质：

M_Character_Skin
M_Character_Cloth
M_Character_Armor
M_Character_Hair

角色再使用对应的材质实例。

最终结论

母材质：
复用材质逻辑，控制 Shader 结构和静态变体

材质实例：
复用材质逻辑，修改具体参数

Shader permutation：
Shader 的编译变体

PSO：
固定 GPU 管线状态

Draw Call：
一次实际绘制提交

最关键的三句话：

普通贴图不同，通常不会产生新的 PSO，但会影响材质绑定和 Draw Call。
Static Switch、Blend Mode、Shading Model 等静态属性不同，才更容易产生新的 Shader permutation 和 PSO。
对角色来说，重点通常不是角色之间合批，而是减少 Material Slot、Mesh Section、材质采样和 Shader 复杂度。

所以如果两个角色都用同一个母材质、同一套静态开关、同一个 Blend Mode、同一个 Shading Model，只是材质实例里换了 BaseColor / Normal / ORM 贴图，通常：

不会产生新的 shader
不会产生新的 PSO
但会产生不同的材质资源绑定

不过它确实会影响 Draw Call/合批：

同 mesh + 同 material instance + 同贴图：更容易合批/实例化
同 mesh + 同母材质但不同 material instance / 不同贴图：通常需要不同 draw

更准确说，贴图不同不是"直接增加 PSO"，而是让每次绘制前绑定的资源不同，因此 UE 很难把它们当成完全相同的 draw 来合并。

在substrate材质中：