Question

卡通渲染学习总结

Answer 1

题图来自战双吧Chy000°

2020.7.27 初版

2020.11.21 对于常用做法有了些新的理解，回来更新

写在前面

本着宅男喜欢二次元的初衷，花了不少时间去搜集资料学习卡渲，见过许多新颖有意思的知识，也有一些自己的思考。知乎上不少大佬写过相关文章，但还是想做个总结来记录下收获，顺便也能算是回馈知识。

wiki定义，卡通渲染又称cel shading，泛指通过较少的阴影颜色来代替阴影间的过渡，在21世纪初期常用于渲染赛璐璐风格，便以cel shading命名。时下就表现上来说可以分两种，一种是日式动漫中赛璐璐风格，它的主要特征是颜色鲜明的色块。另一种偏美式，颜色之间的过渡会有渐变，看起来更具真实感。两者主要差距在于Ramp贴图的选择，后者的颜色过渡更加平滑。类似的技术还有素描、油画或水墨画风格。

单纯的卡通渲染作为npr的一项小分支并没有太多发展。比如说GDC2015上著名的罪恶装备中所用上的技术在零几年就已经存在应用了，他们做的是以美术经验为主导的一套技术流，实现的是动漫中很多“反物理”光照表现，吃的还是美术功底。

越是学习卡渲就越能发现它在技术上的极限。近几年慢慢流行的一个方向是将卡渲与pbr结合，譬如说战双、噬血代码和异界锁链。看起来完全不同的两个方向，结合效果反倒还不错。

1. 角色

角色是卡渲的核心，代表了整个游戏的渲染风格，各家游戏都在这里下足了功夫。

1.1 光影

uts中将光与影分为三种颜色：亮色、一阶暗色和二阶暗色。一个像素的颜色是基于法线n和光照方向l的点积dotNL来控制的。dotNL大于阈值时为亮色，小于阈值时为暗色，根据dotNL值的大小，暗色中还可以再细分为一阶暗色和二阶暗色。

1.1.1 阈值

1.1.2 光照

1.1.3 法线

1.1.4 PBR与卡渲

1.2 高光

高光的模型大多是blinn-phone。

1.3 颜色

ggxx里使用了Base Tex和Tine Tex两张贴图来控制颜色。

1.4 描边

1.4.1 外描边

1.4.2 内描边

1.5 特效

1.6 其它

1.6.1 眉毛

1.6.2 表情

1.6.3 眼睛

2. 后处理

卡渲里对画面提升最大的Bloom和ColorGrading。

2.1 Bloom效果

基本算是必备之一的后处理效果，有没有Bloom那种朦胧感真的不一样。

2.2 ColorGrading

调色绝对算得上是最神奇的后处理效果了。它一般有两种使用方式。

2.3 色散效果

这在动作游戏见到比较多，增强击中感，常和径向模糊配套出现，不算常用，仅仅记录一下。

3. 有意思的技巧Fake Interior

用CubeMap和一个正方体实现假的“室内”效果，我觉得挺有趣的，于是做了一个实现。

Imposter Animation

对大量的npc使用面片播放帧动画代替实际人物模型，而这些图片是由多个相机对3D模型预计算生成图集所得，实际游戏中根据视线角度和关键帧来显示子图。

顶点运动模糊

通过移动顶点位置来实现的运动模糊，简单高效，但要调整出好看的效果估计得加个遮罩。

AnimMap

本质上是一种顶点动画，通过贴图记录下每个关键帧的顶点位置，比方说6*1024的贴图，6表示6个关键帧，1024记录1024个顶点的位置，结合GPUInstance，达到高性能且不错的表现，非常适合大批量路人、观众这种，可以弥补imposter的不足。

4. 最后

我准备这篇文章花了不少精力，最初只是想找一下法线的调整手段，不知觉间就越找越多，就萌生了整理的想法。文章写了这么长，但其实还有很多很多其它值得研究的方向和细节，个人水平有限而且暂时也没更多的精力研究，不误导人所以没有放在这，隔壁岛国在这个领域是王者，不仅仅游戏，他们不少动漫也使用CG的方式来做，相比国内有太过丰富的经验。本文中的技术方案有不少，但终究应用到项目中满足需求还是只能提供一个思路，没有实现，或许需要踩上不少的坑。

参考资料