MatCap是Material Capture的缩写，意为“材质捕获”； 

Matcap Shader是一种在某些层面能替代甚至超越PBR的次时代渲染方案； 

它的效率极高、计算成本极低，显示效果极佳，却能完美运行于不同的移动平台，并兼容AR、VR设备，所以极具研究与实用价值； 

但Matcap也有很多局限性和缺点，在今天的课程中，我就将给大家分享讲解Matcap的实现原理和并实现matcap渲染，以及如何在以较低成本渲染的同时，解决它的一些效果上的缺陷。

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为什么要用MatCap

• 左边：

• 每一个公式都对应了一段Shader代码，这里展示的是局部光照，而且这里并没有把这些公式的计算过程展开，大家就已经看到这么多公式了，展开后对应的渲染指令会更多，因此大家可以想象到这里的计算开销是比较大的。

• 这里还仅仅是采用了局部光照计算模型，如果我们采用更真实的基于物理的光照，也就是所谓的PBR，那么，计算的开销会更大！

• 右边：

• 为什么要用MatCap？一句话说就是：性能省、效果佳。

• 为什么性能省？是因为它是从一张纹理贴图去采样光照计算的结果

• 为什么效果佳？是因为这张贴图直接来自于PBR光照渲染的结果，贴图质量高，渲染出来的光照质量自然就高！

• 精确计算matcap节省的指令数那是另一个话题了，先说结论：

• 大体上估算，一个较为完善的光照计算过程需要几十条以上的图形指令

• 而matcap只需要几条，而且很多计算都可以在顶点阶段完成，这样就大大节省了性能

• 在我们学完了matcap原理后，相信大家也能理解这其中究竟省了多少渲染开销

MatCap原理

MatCap的基本原理比较简单：就是：

• 用一张MatCap贴图作为渲染好的漫反射贴图

• 用物体表面的法线对该贴图进行采样

但是，说起来简单，网上也有不少MatCap实践的文章，但是对于MatCap原理的介绍都囫囵吞枣，这里我们结合实战，给大家列举一些MatCap容易被大家忽视的细节，通过这些细节，真正做到了解MatCap贴图技术！

MatCap实战

Step 1：建立正常物体表面贴图

通常，一张贴图可以表示物体表面细节，如上图所示，但是该图不能表现物体的漫反射光照情况，因此我们把物体表面贴图换成用于表示漫反射光照的自发光贴图

Step 2：替换为MatCap贴图

这张MatCap贴图本来用于表现物体的边缘光，但是我们注意到物体的中心位置也有边缘光效果，因此这是错误的！

换成球体可能更能发现问题：MatCap贴图的十字中心应位于球体中部！

Step 3：为此我们用物体表面法线对物体进行采样

似乎更正确一点了，但是MatCap贴图被重复了四次，因为法线坐标是介于【-1，-1】~【1,1】，相当于把uv坐标横竖各重复了一次

Step 4：重新映射法线坐标到【0，0】~【1,1】

上图是从【-1,1】重映射到【0,1】

效果不太正确，从视角方向观察到的MatCap贴图应当是一致的！

Step 5：采用视图空间法线

我们需要采用“视图空间”法线进行MatCap贴图的采样，具体原理较为复杂，可以参考Unity小白的TA之路

效果对了！都是边缘发光：

那么问题来了：法线跟MatCap贴图是如何对应的呢？如何制作一张正确的MatCap贴图？

这里用文字描述会不太容易理解，建议配合视频进行学习（视频地址见文末）

答案就在图里！

拓展

用MatCap进行卡通渲染

结合固有色贴图获得角色细节（有些额外细节，可以观看视频）

替换材质和MatCap Shader算法可以获得更丰富的质感：

• 文末扫码领取MatCap材质

MatCap的缺陷

MatCap Shader代码实现

• Shader Graph通常只适合用来做效果原型，在这里我们把它转换为Shader代码

文末加好友进群学习如何手写Shader代码，以及URP Shader

关于代码的思考

• 同学们可以在文末跟帖讨论：

MatCap进阶

• 这里只做总结，具体技术详解请见文末视频（手打酸了，打不动字了~~）

• 也可以加文末好友进TA专属训练营

面试和作品要点解析

• Matcap相比于PBR的性能优化

• Matcap各类问题的解决思路

雷蒙德老师会针对游戏公司近年来的作品和招聘要求，给各位同学一对一指导作品创作，帮助各位同学创作与众不同的作品效果~

写在最后

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