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卡通|Unity引擎带来真实的卡通渲染( 四 )


这是这个典型的 PBR 是在不同的粗糙度与金属度下的表现 。
将 PBR 与卡通表现混合在一起的思路并不复杂 ， 简单的来说将之前讲述的特征插入到 PBR 的计算流程中就可以了 。 但是怎么混合两者的特征 ， 在什么节点去插入计算 ， 这是一个见仁见智的事情 ， 对于不同的风格 ， 不同的管线流程都会有不同的结论 。
我将对应的卡通特征插入到 PBR 流程中 ， 大概长这个样子 ， 稍微有点凶残 。 当然了这个 shader 只是为了讲解做的测试 ， 项目制作中不会这样用 ShaderGraph 直接做 PBR 。
首先是魔改 NPR 特征后 PBR 整体计算流程并没有改变 ， 依旧是直接光与间接光的镜面反射和漫反射叠加 。 下面就简单来讲述一下需要修改的部分 。
首先是蓝色区域中数据初始化阶段的处理 ， 最主要的是对法线N进行的操作 ， NDotL 和相关的应用计算都可以在这里进行重新映射和合并 ， 比如二值化阴影 ， 面部阴影、头发投影、影贴图之类的阴影相关的操作 ， 然后把它们合入到 NDotL 的结果之中 。 同时 NDotV 的控制也可以改变一部分菲尼尔的效果 。
之后来看黄色区域的 DFG 项 ， 这里效果比较明显的更改项就是法线分布函数 D 项 ， 比如对 GGX 高光的范围进行重新映射 ， 或者更改计算各项异性高光 ， 并且加入遮罩偏移之类的操作 ， 然后是橙色区域的 diffuse 计算 ， 这个地方进行的操作 ， 基本上可以当做 emission 自发光来添加 。
对于卡通渲染来说 ， 一些色彩混合操作需要在这里加入 ， 比如头发、高光 ， 如果要使用颜色叠加的方式加入到计算结果中 ， 就像柔光、线性光这些操作就需要在这里加入了 ， 虽然不那么物理 ， 但是可以保证效果 。
之后就是绿色区域的间接光部分了 ， 间接光的加入会显著提高模型的质感与立体感 ， 但是对于卡通渲染来说 ， 立体感的提升并不一定是好事 ， 所以最直接的修改方式就是按照不同部分减少间接光的权重 ， 比如对皮肤、面部这些需要平面表现的部分去减少间接光的比例 。 其他还有蓝色协议使用了整体向上的法线 ， 计算统一颜色的间接光也是一种方式 。
最后就是紫色区域了 ， 这里的计算是直接当作自发光来添加的 ， 比如说眼睛的高光 ， Matcap 反射 ， 边缘光之类的 。 经过对 PBR 整体架构的模改 ， 我们就可以得到混合了 PBR 的卡通表现 。 这里它长这个样子 ， 这是 PBR 魔改后在不同粗糙度和金属度下的表现（下图中右图） 。
和默认的 PBR 的对比 ， 因为自定义了阴影颜色和一些自发光的原因 ， 它整体会更加明亮一点 ， 卡通渲染插入到 PBR 中 ， 并不会完全能量守恒 。
不过对于卡通渲染来说 ， 很多不守恒的表现是可以接受的 。 所以虽然并不完全能量守恒 ， 但是也适合于卡通渲染的表现 。
这样我们就有了混合 PBR 的 NPR 表现 ， 之后就要为不同区域去定制对应特征的 Shading Model 了 ， 比如头发、眼睛、皮肤这些 。

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