Unity学习笔记 vol.92 走近卡通渲染--关于Trick的二三事 ShadingModel 眼睛

纯笔记，OCR加手动校正。 

原地址：https://learn.u3d.cn/tutorial/cel-shading-trick?tab=materials#617bc25fb945680020f292ea

来说眼睛，卡通的眼睛表达是比较随心所欲的，不过大体上依旧遵循真实的眼睛特征，比如说它也同样有着折射和焦散的体现。

先从眼睛的结构说起，眼睛制作的重点区域就是图中的，瞳孔和虹膜部分，还有主体为巩膜的眼白区域，瞳孔和虹膜区有，深度的一个主要原因就是存在前房这个空腔，这个空腔中充满了房水，可以当做一个透镜，右边这个图可以看出这种表现，这也是经常会在制作中去还原的特征。根据这些特征，眼睛上就区分了不同结构的制作方式，主要有复合结构的和单层结构的方式。

先来说复合结构，复合结构中眼睛的主体是凹陷进去的，这个是卡通眼睛中最常见的制作方式，这种方式可以自然的将眼睛的结构关系表达清楚，另外根据表现的不同呢，高光层会使用点状的高光模型，就像左边这样或者是片状的高光模型，片状高光的复合结构实际上是，和写实眼睛的制作比较类似的。然后是单层眼睛，对于单层眼睛来说，模型上就是通常是凸出来的，这种方式配合视差也可以很好的表现，眼睛的结构，在眼睛的表面还可以制作，动态的高光反馈。

然后对于单层眼睛的折射计算来说，主要有视差和物理折射这两种方式，这两种方式都是对 uv 偏移，然后进行采样，视差是一种经验模型，主要根据相机的位置去偏移 uv，而基于物理的折射呢，则是计算了折射光线的向量，使用折射光线偏移 uv，这里就不深入讲解了。

我们直接来看一下，这两种方式的效果对比，左边呢是直接上贴图，中间是基于物理的，右边是视差的，对于卡通渲染眼睛来说，两种方式从效果上来说差别并不大，物理折射在瞳孔偏移上要更符合直觉一点，不过是比较难以察觉出来的。

然后最后一点，动画中眉眼去存在的一个典型特征，就是无论头发是不是透明的，眉眼被头发遮盖的时候都会，显露出来，还原的方式有很多，最直接的就是使用半透明的头发还原，对于非透明色的头发来说，可以考虑深度测试、模板测试，或者直接拿一张 RT去额外的画出来，不过值得注意的是，这里是需要考虑眉眼还有，面部和头发的排序有问题的。

ok，那么有了折射计算，然后加入明显的遮挡显示，这个时候再结合其他的表现，比如说高光了， 焦散和MatCap反射之类的丰富层次，我们就可以得到这样的结果了。

最后一个就是皮肤，卡通的皮肤渲染主要和前面，说的光照计算有关，另外前面我们说过明暗交接线的计算，实际上也是皮肤上的特征之一，所以这里就主要说一下3 s ，对于皮肤来说，次表面散射，和高光会显著的提高皮肤的质感，对于次表面散射来说，这是在生活中很常见的效果，比如说你迎着阳光去看手掌，会看到很强烈的透光效果，这就是次表面散射的体现之一，而对于卡通渲染中，也会去做相关的处理，根据风格可以主要分为两种，首先是偏写实角色上使用的次表面散射，比如说《鹿鸣》、《暖暖》这类偏向真实感的渲染，另一类就是对于《蓝色协议》、《罪恶装备》，这种塞露露卡通风格，会去做整体阴影颜色的改变。

先来说整体阴影颜色的改变，动画中阴影偏色来源一般是皮肤的3 s 效果，和环境光照结合的夸张表现，在《罪恶装备》中，是使用了一张纹理去影响阴影的着色倾向，就是右边这张图，这种对整体阴影颜色的处理会提升卡通化的观感，并且也不仅限于皮肤上，衣服头发之类的也会有所体现。另外如果是使用ramp来计算光照，就可以直接把影色添加到ramp图中.

对于次表面散热来说，这个其实是真实感皮肤渲染的范畴，真正的次表面散热，计算消耗是比较大的，虽然有基于屏幕的5 s，和可分离的4 s 的快速计算，不过基于预积分查找的皮肤3 s的计算还是最经常使用到的方式，这种方式和ramp图的计算是分类色，x 轴就是 n Dot l 用来控制光照，可以看作是单条的ramp，而外轴呢是由模型表面曲率决定的，曲率越大那个3 s 效果就越强。

然后来说一下高光，在真实感皮肤渲染中，高光是一个不可或缺的表现点，双镜叶高光就是将不同粗糙度下GGS高光混合，然后用于模拟真实皮肤表面的高光反射效果的。

将刚刚说的这两个，表现结合起来就是非常类似于18年崩三分享中的做法，就是Diffuse ramp是对应了预积分LUT 的3 s，然后Specular ramp是对应双镜叶高光。

ok 这样，我们的Shading model 的内容就讲完了，下面再简单的说一下形变和Tone Mapping，比较有意思就是，根据镜头对角色面部进行的修正，这一点是因为动画表现中，角色的正脸和侧脸，通常会有一定的形变和夸张，单纯的模型制作，并不能完全还原每个角度表现，所以根据视角去混合对应的型面，用 bs 或者骨骼，来混合他的形变去表现正常的镜头效果是最终的解决方案。

最后来提一下后处理中的 Tonemapping，这是HDR数据映射到 LDR的过程，因为 LDR显示设备只能显示0-1区间的色彩值，所以为了将计算中大于1的，色彩值完整显示出来，这就需要一条，在正无穷上收敛在1的曲线来映射。图中的绿色曲线就是 ACES的映色曲线，ACES映射曲线的极限是1.03，就是相当于把0到正无穷的数据，映射到了0-1.03上，但是这就将原有的0-1的色彩，值映射到了0-0.8的区间上，这对卡通渲染的表现来说是比较致命的，特别是在肤色上。

右图中就是将肤色经过ACES曲线处理的结果，这种色彩变化是卡通渲染不能接受的，所以一般会去修改ACES曲线的多项数值，去降低Tonemapping映射的影响，蓝色的曲线就是一种修正后的结果，然后可以看到，将压缩1到正无穷高亮度值的显示期间，可以稍微缓解一部分彩色表现，所以在项目中，后处理的彩色表现就要在制作的早期，就要预先开始进行评估，然后这里就是ACES映射曲线，修改前后的区别，魔改的映射曲线，可以纠正一部分皮肤发灰的问题，就是上面这张图和下面这张图对比，然后其他的修改方式也有，比如反函数的Tonemapping计算，或者是对皮肤做亮度补偿，或者直接不管使用伽马流程，那画出来什么就是什么，ok 全部内容就是以上这些了。