UE5.8 Substrate Glint 笔记

UE5.8 Substrate Glint 笔记

1. Glint 是什么

Glint 用于表现大量稀疏、细小、明亮的微表面闪点。

适合：

• 金属粉末
• 珠光漆
• 钻石或宝石闪烁
• 细小晶体
• 湿润颗粒
• 闪粉、亮片

普通 GGX 高光会把大量微小高光平均成一个连续高光，无法表现真实的颗粒闪烁。Glint 保留了这些离散的微晶体高亮事件。

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2. Glint 和普通高光的区别

普通 GGX：

整个像素使用一个连续的微表面分布

Glint：

一个像素覆盖多个微晶体 Cell
每个 Cell 拥有独立的随机微表面状态
分别评估后再过滤合成

因此 Glint 的亮度会随着以下因素变化：

• 摄像机移动
• 光源方向变化
• 物体旋转
• UV 变化
• 微晶体密度变化
• 微表面粗糙度变化

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3. 微表面斜率是什么

微表面不是完全平的，每个微表面都有自己的倾斜方向。

用两个数表示微表面倾斜程度：

slope = (sx, sy)

例如：

(sx, sy) = (0, 0)       表示平面
(sx, sy) = (0.3, 0)     向 X 方向倾斜
(sx, sy) = (0, -0.2)    向 Y 负方向倾斜

根据光线方向 L 和视线方向 V，先计算半角向量：

H = normalize(L + V);

然后把半角向量转换成目标斜率：

slope_h = float2(
    -H.x / H.z,
    -H.y / H.z
);

这个目标斜率表示：

微表面需要倾斜成什么样，才能把光反射到摄像机。

假设两个目标半角方向拥有相同的 NoH：

目标 A：H = (0.6, 0.0, 0.8)
目标 B：H = (0.0, 0.6, 0.8)

两者都有：

NoH = 0.8

如果你只使用：

D(NoH)

那么 A 和 B 的微表面概率一定相同。

但它们的斜率分别是：

Slope A = (-0.75,  0.0)
Slope B = ( 0.0, -0.75)

现在假设材质中有一种方向性微晶体分布：

X 方向容易出现长条微晶体
Y 方向几乎没有微晶体

那么真实结果应该是：

P22(Slope A) 很高
P22(Slope B) 很低

但 NoH 无法区分它们，因为两者的 NoH 都是 0.8。

这就是斜率的实际好处：

NoH 只能表达"距离中心多远"
Slope 还能表达"具体朝哪个方向"

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4. P22 是什么

P22 可以理解为微表面斜率的概率分布。

它回答的问题是：

当前材质中，有多少微表面拥有这个倾斜方向？

如果目标斜率在分布中很常见：

P22 较高
→ 高光较强

如果目标斜率很罕见：

P22 较低
→ 高光较弱

Glint 中的 P22_M 是针对某个具体 Cell 的局部斜率分布评估。

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5. Beckmann 在 Glint 中的作用

UE5.8 Glint 使用 Beckmann 形式的微表面斜率分布。

源码中会根据粗糙度创建 Beckmann 描述：

FBeckmannDesc Beckmann = GGXToBeckmann(SafeRoughness);

粗糙度较低：

微表面方向集中
高光更尖锐

粗糙度较高：

微表面方向分散
高光更宽、更柔和

Glint 并不是简单读取一张噪声贴图，而是根据目标斜率评估微表面匹配概率。

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6. Glint 的完整处理流程

Glint UV
   ↓
计算 UVDDX / UVDDY
   ↓
构建当前像素 footprint
   ↓
把 footprint 近似成椭圆
   ↓
计算 major / minor 轴
   ↓
根据 minorLength 选择 LOD
   ↓
遍历椭圆包围盒中的候选 Cell
   ↓
计算每个 Cell 的 P22_M
   ↓
根据椭圆距离计算 EWA 权重
   ↓
对所有 Cell 加权累积
   ↓
sum / sumWts 归一化
   ↓
相邻 LOD 插值
   ↓
输出 Glint_D
   ↓
进入 Substrate 的光照计算

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7. Footprint 是什么

Footprint 表示：

当前屏幕像素在 Glint UV 空间中覆盖的区域。

由于一个屏幕像素通常不只对应一个 UV 点，而是覆盖一小片 UV 区域，所以不能只采样一个微晶体。

通过 UV 导数得到 footprint：

UVDDX = ddx(GlintUV);
UVDDY = ddy(GlintUV);

这两个导数描述：

• 屏幕像素向 X 方向移动时，UV 如何变化；
• 屏幕像素向 Y 方向移动时，UV 如何变化。

它们形成一个 UV 平行四边形，Glint 将其进一步近似为椭圆。

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8. 为什么要用椭圆 footprint

椭圆可以表示：

• footprint 的长轴；
• footprint 的短轴；
• footprint 的旋转方向；
• 当前像素覆盖的微晶体范围。

Glint 会计算：

majorLength
minorLength
eccentricity

并限制最大各向异性，源码中使用：

MaxAnisotropy = 4

这样可以避免极端拉伸的 footprint 导致性能和稳定性问题。

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9. LOD 的作用

根据 footprint 的大小选择微晶体分布的 LOD。

源码逻辑大致是：

l = NLevels - 1 + log2(minorLength);
il = floor(l);
w = frac(l);

得到：

il       当前 LOD
il + 1   相邻 LOD
w        两个 LOD 的插值权重

最后进行：

P22 = lerp(P22_il, P22_il_plus_1, w);

LOD 的作用：

• footprint 很小时使用更细的微晶体分布；
• footprint 很大时使用更粗的统计分布；
• 避免远处闪点过密；
• 减少远距离闪烁；
• 减少 LOD 切换跳变。

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10. Cell 遍历

Glint 不会遍历无限范围，而是先计算椭圆的包围盒。

对于包围盒内的每个候选 Cell，计算它相对于椭圆中心的位置：

ss = Cell 局部坐标 X
tt = Cell 局部坐标 Y

然后计算椭圆距离：

r2 = A * ss * ss
   + B * ss * tt
   + C * tt * tt;

判断：

r2 < 1

只有在椭圆 footprint 内的 Cell 才参与计算。

椭圆外的 Cell 会被直接跳过。

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11. P22_M 的处理内容

每个候选 Cell 会进行局部微晶体评估，主要包括：

1. 稳定哈希；
2. 随机序列生成；
3. 随机旋转；
4. 微晶体相对面积判断；
5. LOD 对应的微晶体密度；
6. 目标斜率计算；
7. Beckmann 斜率分布评估；
8. Glint LUT 查询；
9. 返回该 Cell 的局部响应。

可以概括为：

P22_M =
    微晶体密度
    × 斜率匹配概率
    × 随机微晶体状态

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12. EWA 权重

Glint 使用椭圆加权思想，对 footprint 内的 Cell 进行空间过滤。

源码中的权重大致为：

W = exp(-2 * r2) - exp(-2);

权重特点：

r2 越小 → 越接近椭圆中心 → 权重越大
r2 越接近 1 → 越接近边缘 → 权重越小
r2 ≥ 1 → 不参与计算

累积过程：

sum += P22_M * W;
sumWts += W;

最后归一化：

filtered = sum / max(epsilon, sumWts);

这样可以把一个像素覆盖的多个闪点合成为稳定结果。

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13. Glint 为什么不会简单地闪烁失控

Glint 不是简单地给每个像素生成随机噪声，也不是简单叠加上一帧结果。

它主要依靠：

• 稳定哈希；
• UV footprint；
• 椭圆 Cell 过滤；
• EWA 权重；
• LOD 选择；
• 相邻 LOD 插值；
• 微表面斜率分布。

因此它属于：

当前像素空间范围内的统计过滤

而不是：

上一帧画面累积

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14. Glint 的主要性能开销

Glint 比普通 GGX 贵，原因不是单独的 NoH 或一次法线匹配，而是多个步骤叠加：

1. 计算 UV 导数；
2. 构建 footprint；
3. 计算椭圆包围盒；
4. 遍历多个候选 Cell；
5. 每个 Cell 执行哈希和随机化；
6. 计算微晶体斜率；
7. 查询 Glint LUT；
8. 计算 EWA 权重；
9. 对两个相邻 LOD 分布进行评估；
10. 归一化并进行最终插值。

简化表示：

Glint 成本
≈ Cell 数量
× 每个 Cell 的斜率分布计算
× LOD 数量
× LUT / SampleGrad 成本

footprint 越大，候选 Cell 越多，成本越高。

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15. Glint 的性能控制方向

可以从以下方面控制成本：

• 降低 Glint Density；
• 降低 Glint 覆盖范围；
• 限制最大各向异性；
• 远距离降低 Glint 强度；
• 远距离使用更粗 LOD；
• 只对重要材质启用；
• 使用平台质量开关；
• 避免在大量屏幕像素上同时使用；
• 避免和高成本透明、折射、复杂 Substrate lobe 叠加。

Glint 适合用于：

少量高价值材质

不适合默认应用到整个场景。

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16. Glint 和 Fuzz 的区别

Glint

稀疏、离散、闪烁的微晶体高光

适合：

• 金属闪粉；
• 宝石；
• 珠光漆；
• 水晶；
• 亮片；
• 微小晶体。

Fuzz

连续、柔和、掠射角明显的高光 lobe

适合：

• 短绒；
• 毛发边缘；
• 天鹅绒；
• 布料；
• 纤维表面；
• 柔软织物。

核心区别：

Glint：离散的闪点事件
Fuzz：连续的掠射反射 lobe

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17. 普通 Noise 能不能替代 Glint

可以做出类似的视觉效果，但不能完全替代 Glint。

普通 Noise 叠加高光通常缺少：

• 微表面斜率匹配；
• 真实的半角方向响应；
• footprint 过滤；
• Cell 级别的随机微晶体；
• LOD 统计；
• EWA 空间积分；
• 稳定的远距离表现。

所以普通 Noise 更像：

颜色噪声 + 人工亮度权重

Glint 更像：

微晶体分布 + 光学方向匹配 + 空间过滤

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18. 最终理解

Glint 的核心不是"生成很多随机亮点"，而是：

根据光线和视线计算目标微表面斜率
↓
判断每个微晶体是否拥有接近这个斜率
↓
根据当前像素 footprint 过滤多个微晶体
↓
使用 EWA 权重和 LOD 插值合成最终高光

最简公式：

GlintPixel
≈
Σ(
    P22_M(目标斜率)
    × 微晶体密度
    × EWA footprint 权重
)
÷
Σ(EWA 权重)

一句话总结：

Glint 是对离散微晶体斜率分布进行 footprint 感知的空间过滤，从而得到稳定、稀疏、随视角变化的闪烁高光。