Unity Shader总结（十四）——卡通和素描风格的渲染

许多游戏使用非真实感渲染（NPR）的方法渲染游戏画面，例如卡通和水彩风格等；

卡通渲染

渲染轮廓线

这里使用过程式几何轮廓线渲染：使用两个Pass，第一个Pass使用轮廓线颜色渲染整个背面的面片，并在视角空间下把模型顶点沿着法线方向向外扩张一段距离，让背部轮廓线清晰可见；为了防止对于一些内凹的模型，背面面片遮挡正面面片的情况，在扩张背面顶点之前，先对顶点法线的z分量处理，使它们等于一个定值，然后把法线归一化后再对顶点扩张，使扩展后的背面更加扁平化，降低了遮挡正面面片的可能性。
优点是快速有效，适用于绝大多数表面平滑的模型，但不适合立方体这样平整的模型；

viewNormal.z=-0.5;
viewNormal=normalize(viewnormal);
viewPos=viewPos+viewNormal*_Outline;

高光

以往的高光模型不再可用，这里计算normal和halfDir的点乘结果，和一个阈值比较，为了防止高光边界出现锯齿，可以使用以下代码：

float spec=dot(worldNormal,worldHalfDir);
spec=lerp(0,1,smoothstep(-w,w,spec-threshold));

w是一个很小的值，当spec-threshold小于-w时，高光系数返回0，大于w时返回1，否则在0到1之间插值，这样可以使高光区域的边界处得到一个从0到1平滑变化的spec值；
这里使用领域像素之间的近似导数值，使用fwidth函数实现；

实现

// Upgrade NOTE: replaced '_Object2World' with 'unity_ObjectToWorld'
// Upgrade NOTE: replaced 'mul(UNITY_MATRIX_MVP,*)' with 'UnityObjectToClipPos(*)'

Shader "Unity Shaders Book/Chapter 14/Toon Shading" {
   
	Properties {
   
		_Color ("Color Tint", Color) = (1, 1, 1, 1)
		_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {
   }
		_Ramp ("Ramp Texture", 2D) = "white" {
   } //控制漫反射色调的渐变纹理
		_Outline ("Outline", Range(0, 1)) = 0.1 //控制轮廓线宽度
		_OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0, 0, 0, 1) //轮廓线颜色
		_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)	//高光反射颜色
		_SpecularScale ("Specular Scale", Range(0, 0.1)) = 0.01	//计算高光反射时使用的阈值
	}
    SubShader {
   
		Tags {
    "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry"}
		
		Pass {
   
			NAME "OUTLINE"
			//只渲染背面
			Cull Front 
			
			CGPROGRAM
			
			#pragma vertex vert
			#pragma fragment frag
			
			#include "UnityCG.cginc"
			
			float _Outline;
			fixed4 _OutlineColor;
			
			struct a2v {
   
				float4 vertex : POSITION;
				float3 normal : NORMAL;
			}; 
			
			struct v2f {
   
			    float4 pos : SV_POSITION;
			};
			
			v2f vert (a2v v) {
   
				v2f o;
				//变化到视角空间是为了让描边在观察空间达到最好的效果
				float4 pos = mul(UNITY_MATRIX_MV, v.vertex); 
				float3 normal = mul((float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV