本文为初步入门学到的一些东西，并且由脑图转换而来，所以大多只是列一下这个知识点。

日式卡渲技术要点

描边

z-bias法（一般不用）

将顶点在观察空间的坐标偏移一定bias

法线外扩/翻转法线/Back Facing（常用）

1. 正常着色
2. 延法线外扩，剔除前面着色
   • 保证拉近屏幕描边粗度不变化（以下任选一种）
     • 使用NDC空间的距离进行外扩，ndc坐标是方形空间，还需要计算屏幕宽高比
     • 正常使用顶点坐标外扩，但对z坐标进行修改
     • 使用屏幕空间坐标外扩，和ndc类似
   • 正方体使用这个描边会不连续，原因是顶点法线都垂直于面，延展开就分离了。可以将顶点法线平均保存在切线信息中，然后再用切线信息来外扩。（但如果像采样法线贴图、各向异性高光等需要用到切线信息，就要另做打算了）
     • 如果要用到切线信息，可以存在uv8或顶点色，但是骨骼动画不会跟着变，所以需要存切线空间的，使用时再变换一次世界空间
   • 还可以利用顶点色写入描边消隐和描边粗细，主要是有些部分美术可能不希望有描边，以及描边的粗细不要一致。虽然常见的是使用贴图，但这也是一个优化的思路，是为了排除像素精度带来的影响。因为采样极度依赖于分辨率，除非是超高分辨率，否则在特写镜头下很容易出现锯齿，而使用顶点属性则会根据屏幕分辨率来插值，达到更清晰的表现。
3. 背面深度比前面深，所以不用担心遮挡问题，后渲染描边，可以利用深度测试去除大部分重复，增加效率

后处理描边

方案：

• Sobel算子
• Laplace算子

缺点：

• 无法控制描边或者说很难像外扩描边一样精细的控制描边效果，同时还会把内描边也检测出来

内描边

• 本村线
  • 表现衣服上的褶皱等折痕
  • 由美术制作贴图
  • 为了防锯齿，uv会特殊处理（只有横竖的uv），制作比较麻烦
  • 但会扭曲贴图上的文字和花纹，可以用贴花加上
• 后处理内描边
  • 二之国分享
  • 可能是美术标记，然后后处理描上，具体还要去了解···
• 基于SDF的内描边抗锯齿

着色

漫反射

• PBR
  • 主要是为了展示更多的材质效果
  • 常用于建筑物渲染
  • 一般会将PBR效果降阶使用，或者和赛璐璐/Ramp等技术混合使用
• Ramp
  • 普通的是一维，使用兰伯特计算去采样
  • 实现类似菲涅尔现象的卡通渲染，可以用二维ramp，第二维是法线与视角方向相关（类似菲涅尔计算）
  • 原神用的是5维，并且区分昼夜。使用哪一维数据由ILM图a通道决定
• CelShading
  • 赛璐璐风格，代表作《罪恶装备》
• CellBandsShading
• Tone Based Shading
  • 多层叠加
  • Diffuse ramp贴图和Specular ramp有点像真实皮肤渲染用的预积分LUT贴图。猜测借此来表现出卡通角色皮肤的次表面散射效果

高光

常用头发高光

• 各向异性（这里以常用的Kajiya-Kay算法为例）
  • 将头发看作圆柱体
  • 一个像素可以看作很短的圆柱体–圆
  • 用副切线ToH推导法线NoH
    • 为什么不直接用法线：
      • 个人理解是平常像素可能表达的是物体的一小块，法线是确定的。
      • 这里一个像素可能表达了一小段头发，类似圆，法线是不确定的（各向异性），同理切线也不确定，但是副切线是确定的
    • H离N越近，就说明离T越远
    • 只要看上去能对那就是对的，所以唯一我们能算出来NdotH的时候只能是NHT处于同一平面，画图得三角函数关系

      float dotTH = dot(T, H);
      float sinTH = sqrt(1.0 - dotTH \* dotTH);
      NoH = sinTH

• 法线+高光控制贴图(ilm)实现天使环

金属/非金属高光（remap）

• 基于Blinn-Phong，使用ILM图来控制高光范围和强度
• 金属部分高光可以结合Matcap贴图补充反射效果

PBR_GGX

Blinn_Phong

阴影

• 自带阴影方案（直接用会比较丑，依赖模型）
• 基于深度阴影–2d额发阴影
• 二值化阴影
• 脸部距离场阴影（伦勃朗光）
• 细节加强
  • 阴影残留
  • 阴影色调分离

边缘光

基于菲涅尔

• NdotV表示的是世界空间法线和视线的点积，反应的是从当前视线看去，像素点处于边缘的可能性
• 需要遮罩图屏蔽部分不想亮的（在一些有平面的物体，当平面和视线接近垂直的时候，会导致整个平面都有边缘光。这会让一些不该有边缘光的地方出现边缘光）

基于深度图

• 需要屏幕深度图
• 采样深度贴图获得当前深度，然后沿着一个特定的方向偏移屏幕空间的深度贴图uv坐标，再采样一个偏移后的深度。对比这2个深度，如果超出一定的阈值，将差值转化为深度边缘光强度
• 宽度比较统一

眼睛

贴图法

最简单省事的就是贴图，最多一层baseMap和一层高光足够了。放在高品质游戏里难免有点敷衍

新樱花大战中的做法比较复杂。眼睛的建模实际是两层，外层是向外凸的半透明层，用来绘制高光和反射，表示人眼的角膜；内层微微内凹，表示人眼的虹膜与中心的瞳孔。

• C：Albedo Map，基本贴图，表现出人眼的虹膜效果。
• D：对基本贴图的加算图
• E：高光图，也是通过加法计算，会通过UV动画进行移动
• F：环境反射图

视差

模拟瞳孔

反深度睫毛/眉毛

• 因为一般会被丢弃
  • 利用深度测试，绘制两次法
    • 使用RenderQueue按头发-脸-内眉毛-外眉毛的顺序绘制，眉毛绘制两遍
    • 第一个用ZTest LEqual绘制没被头发挡住的眉毛，第二个用ZTest GEqual绘制盖在头发上的眉毛
    • 眉毛的计算量并不多，这种做法会更省一点
  • 模板测试
    • 不过这样会多用一张模板贴图，在手机上对带宽不友好。

面部修正

• 修改面部法线
  • 使用mask贴图
  • 或使用顶点色通道
• 如果使用了sdf面部阴影，一般就不用面部修正？

Bloom

• 和PBR常见bloom不同，需要手动控制哪里需要bloom
  • 遮罩纹理
  • 利用a通道，适合不透明物体，如果要半透明，就要用双pass保存a了

多光源加权

效果展示

参考文章

• Unity下的日式卡通渲染实现-着色篇（一）
• Unity下的日式卡通渲染实现-阴影篇（二）
• GitHub-FernNPR，b站介绍视频，需要把里面提到的关键点原理搞懂
• 从0开始的卡通渲染
• 日式卡通渲染
• 卡通渲染技术总结
• 原神角色渲染
• SDF面部阴影图生成
• 基于HDRP的卡通渲染
• 顶点色ag通道存平滑法线的方案，评论区提出可以存偏移量精度更高
• 引擎中画顶点色工具
• 大佬博客
• 卡渲技术总结
• MatCap纹理
  • 因为Matcap是非完全物理的，属于trick，使用的时候要格外的小心，避免对游戏整体的PBR环境有过大的影响
  • 用在冰面等材质低成本添加cubemap反射的效果
  • 角色在暗的地方整体亮度和高光强度都不够，适当使用matcap加强下表现