unity shader渐变纹理卡通化着色效果

@H_502_4@有时纹理贴图的作用不仅仅是给模型贴上一层“外衣”，一些其他的效果也可以使用贴图来完成，比如使用渐变纹理来使物体有一定的卡通化效果。

@H_502_4@回想一下看过的一些动画就可以知道，动画里人物的绘制的明暗区域的过渡非常直接，如下图，可以看到几乎不是纯黑就是纯白。

在这里插入图片描述

@H_502_4@那么我们也可以在unity shader中实现大致的效果，主要思路就是制作一张渐变纹理。
然后使用phong光照模型中的漫反射公式，即法线点乘光照方向，来得到一点的亮度信息。此时如果直接使用此亮度信息，就会得到一个过渡十分均匀的效果，那么为了得到动画中几乎没有明暗过渡区域的那种效果，我们需要用亮度值在渐变纹理上做一次映射。

@H_502_4@我们使用的渐变纹理如下,此时进行映射，就可以得到诸如亮度值大于多少，都变成一个固定的值，这样就可以得到几乎没有明暗过渡的效果。

在这里插入图片描述

@H_502_4@主要代码就是先计算出世界坐标下的法线和光照方向，然后进行点乘。
还要做一个映射，因为单位向量点乘结果范围是[-1,1]，而uv坐标范围是[0,1]

 fixed value = dot(worldnormal, worldLightDir)/2+0.5;

@H_502_4@最后用这个亮度值在渐变纹理上进行重新映射，再乘上原本的纹理颜色
主要代码基本就是这样，非常的简单

fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
float3 diffuse = tex2D(_RampTex,fixed2(value, value)) * col

@H_502_4@完整代码如下

Shader "Test/cartoon"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _RampTex ("Ramp Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : norMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 worldPos:TEXCOORD2;
                float3 worldnormal:TEXCOORD3;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            sampler2D _RampTex;


            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                UNITY_TRANSFER_FOG(o, o.vertex);
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
                o.worldnormal = UnityObjectToWorldnormal(v.normal);
                return o;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                // apply fog
                UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);

                float3 ambient = UNITY_lightmodeL_AMBIENT.xyz * col.rgb;
                float3 worldLightDir = normalize(UnityWorldspaceLightDir(i.worldPos));
                float3 worldnormal = normalize(i.worldnormal);
                fixed value = dot(worldnormal, worldLightDir)/2+0.5;
                float3 diffuse = tex2D(_RampTex,fixed2(value, value)) * col*0.6f;


                return fixed4(ambient + diffuse, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

@H_502_4@上图是使用unity自带的标准着色器的效果，下图是使用我们刚刚包括渐变纹理的着色的的效果，可以看到在明暗过渡上我们的着色器更加直接，更加像动画的明暗绘制手法。

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@H_502_4@当然，一个完整的卡通化效果单靠一个渐变纹理是不行的，在游戏中往往还需要添加描边等多种效果。而且还需要和模型师合作，做出来的模型本身就需要比较卡通，比如我们刚刚随便找的这个模型，人脸明显就是写实的绘制手法，包括衣服纹理的绘制也是比较写实的，而且衣服上也已经本身绘制上了很多褶皱和阴影。这样即使添加了卡通化的着色器，看上去效果也不是那么的理想。

@H_502_4@我又找了一个本身就比较卡通的模型，这个时候再用两种着色器进行对比，可以发现效果明显了很多

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@H_502_4@但是问题还是出在，这个兽人的衣服本身已经绘制上去了一些明暗区域，所以导致效果也不是很完美。所以在制作卡通化渲染的游戏的时候，还是要从一开始制作模型和贴图的时候就要准备好，贴图千万不能绘制太多褶皱和明暗效果，放到引擎里靠着色器渲染明暗就好了。

@H_502_4@我们又找了一个模型，去掉本身的贴图后，效果如下，可以看出这才是我们想要的效果

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unity shader渐变纹理卡通化着色效果

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