基于unity2018的NPR Toon Shading的一般实现（转）

上一期在介绍fur shader之后，一些朋友问如何实现卡通渲染效果。之后打算利用unity简单的介绍一下实现方法，当然这里这是把最核心的视觉效果写出，在明白基本原理后，可以自主的写一些小效果加进去来增强画面表现。

二次元渲染效果，实际上说的是Toon shading。Toon shading在一些Celluloid（赛璐珞）风格游戏中经常被用到，比如游戏行尸走肉、国产游戏崩坏3、凯瑟琳、女神异闻录（日本游戏居多）等等，这种渲染方式接近二次元卡通效果同时十分的Cheap，手机神马的扛得住，而且简化了模型制作流程，游戏趋向轻量级，所以逐渐被应用推广。

Toon shading实际上是一种Non-photorealistic Rendering（非真实性渲染）技术。下面两图，右边的是 Standard Shader下的效果，左边则是toon Shader 的效果。

获得Celluloid效果，用surface function也是可以的，但是开销会很大，surface function只作用于材质的属性，而不是实际光照。 Toon shading要求在应用时可改变光线的反射，所以我们需要创建一个光照模型来达到渲染目的。

一般来说，实现Toon shading需要一张特殊的贴图：Ramp map（如下图所示）。

当正常填充材质颜色时，这张图用于指定着色层次。这里面需要注意，当你导入一张自制的ramp map时，需要在Inspector面板中将ramp map的Wrap Mode调整为Clamp，如果你想让颜色间的交界边缘更加锐利，Filter Mode也要相应调整为Point。

之后还是老套路，创建一个球、一个材质、一个shader，用VS打开shader进行编程。之后来简单介绍一下基本实现原理：

1.添加RampTex贴图

_RampTex ("Ramp", 2D) = "white" {}

2.添加其关联变量

sampler2D _RampTex;

3.改变一下#pragma指令

#pragma surface surf Toon

4.将LightingSimpleLambert函数替换掉，加入下列代码

fixed4 LightingToon (SurfaceOutput s, fixed3 lightDir, fixed atten)

{  

//首先计算光线与表面法线的点积

half NdotL = dot(s.Normal, lightDir);  

//NdotL在ramp图上重映射NdotL

NdotL = tex2D(_RampTex, fixed2(NdotL, 0.5));

//之后确定被返回的颜色

half4 color;

color.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (NdotL * atten );  

color.a = s.Alpha;

//返回计算后的颜色

return color;

}

5.保存shader脚本，打开材质球，开始对相应属性进行调试，如下：

6.Toon shading效果会根据环境光照发生改变，这里为了观测方便，在Window | Lighting | Settings目录下将 Environment | Environment Lighting | Intensity Multiplier属性值调整为0.

7.实现原理

Toon shading实现的这种特殊光线效果仅靠Surface很难完美实现，所以我们需要一张 Ramp map，旨在将Lambertian光照强度NdotL重映射为其他数值。利用非渐变的Ramp map，可以将光照强制渲染为具有梯度特点的效果。原理如下图所示：

8.其实可以用很多方法来实现 Toon shading效果。利用不同的ramp可以在你的模型上产生剧烈的梯度变化。还有一种可以替代ramp map的方法是去强制Snap光线强度NdotL，这样梯度变化可以在0到1之间进行采样来控制，代码如下：

half4 LightingCustomLambert (SurfaceOutput s, half3 lightDir,  half3 viewDir, half atten)

{  

half NdotL = dot (s.Normal, lightDir);

half cel = floor(NdotL * _CelShadingLevels) /(_CelShadingLevels - 0.5);

half4 color;

color.rgb = s.Albedo * _LightColor0.rgb * (cel * atten );

color.a = s.Alpha;

return color;

}

实现效果如下：

虚幻或是其他引擎的实现思路基本一致，各位看官可尝试再开一些属性栏或是绘制不同的Ramp进行制作。今天的分享就到这里，掌柜告辞

转自Thepoly