概述

本篇内容比较简单，主要介绍非真实感渲染中的几种轮廓线实现方法，再介绍一下卡通着色和素描风格的渲染技术。

一、表面角度轮廓线

实现思路：利用视线方向和顶点法线的点积，得到轮廓线的信息。点积越接近0，说明距离轮廓线越近。

这种方式的优点是，只需要一个Pass就可以得到结果，简单、快速。

但缺点也很明显，只适用于某些类型的模型，对于像Cube这样的模型就会有问题。由于这种方法渲染得到的轮廓线宽度不均，实际应用不多。

效果如下：

代码如下

二、程序几何轮廓线

实现思路：使用两个Pass渲染，第一个Pass正常渲染，渲染前面；第二个Pass渲染轮廓线，渲染背面。使用某些技术让背面可见。

下面介绍几种渲染背面的方法。

1、Vertex Normal法

思路：在顶点着色器中把顶点法线变换到观察空间，统一设置变换后法线的Z值，然后，把观察空间的顶点沿着法线方向移动一段距离。最后，变换到裁剪空间中。如下图所示：

代码如下

2、Z Bias法

思路：在顶点着色器中，把顶点变换到观察空间，然后控制顶点的Z值移动一段距离，最后，变换到裁剪空间中。如下图所示：

代码如下

三、卡通着色

思路：使用两个Pass渲染。第一个Pass正常渲染；第二个Pass可以直接使用上面的Vertex Normal法中的轮廓线Pass，用来渲染轮廓线。

主要的内容在正常渲染的Pass。

这里，需要分别计算环境光照、漫反射和高光。

环境光照没什么需要多说的。

1	half3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo.rgb;

漫反射部分的话，有些不同。这里不是直接根据法线和光线的点积来计算漫反射颜色。而是使用法线和光线的点积来采样一张渐变纹理，这样，漫反射的明暗变化会更加可控。

1 2	float diff = Convert01(dot(normalWS, lightDirWS)); half3 diffuse = mainLight.color * albedo.rgb * SAMPLE_TEXTURE2D(_Ramp, sampler_Ramp, float2(diff, diff)).rgb;

高光部分，也有些不同。根据法线和半向量的点积，与高光阈值比较，控制高光的范围。

1
2
3

half spec = dot(normalWS, halfDir);
half w = fwidth(spec) * 2.0;
half3 specular = _SpecularColor.rgb * albedo.rgb * smoothstep(-w, w, spec - _SpecularThreshold);

最后，把三者相加得到最终的颜色。

代码如下

四、素描风格渲染

思路：使用多张纹理，代表不同光照角度下的素描风格。在顶点着色器中，计算顶点法线和光照方向的点积，根据得到的结果，判断应该采样哪几张纹理。最后，在片元着色器中对各张纹理根据权重进行混合，得到最终的效果。

代码如下

五、总结

本篇文章谈的内容比较浅显、杂乱。先对相应的内容有个大概的印象，后面需要的话再详细地对相关知识点进行学习。

参考

[1] 《Real-Time Rendering 4th Edition》15.2.2节
[2] 《Unity Shader入门精要》第14章
[3] 【NPR】漫谈轮廓线的渲染

白纸一张

练习项目(十)：非真实感渲染的几个小知识点

概述

一、表面角度轮廓线

二、程序几何轮廓线

三、卡通着色

四、素描风格渲染

五、总结

参考