实现一个unity NPR shader 效果

<think>好的，我现在需要帮助用户在Unity中创建非真实感渲染（NPR）Shader，特别是卡通效果。首先，我得回忆一下之前用户提供的引用内容，看看有没有有用的信息。引用[2]提到了卡通渲染的四个要素：轮廓描边、色阶、高光、边缘光。这些应该是实现的关键点。 接下来，我需要考虑用户的具体需求。用户可能已经了解了一些基础概念，现在需要具体的实现步骤和方法。我应该分步骤讲解每个要素的实现方法，并给出代码示例，这样用户可以直接应用。 首先，轮廓描边部分。常见的实现方法有基于法线或深度的边缘检测，或者后处理描边。不过引用[3]提到的是将3D模型表面映射到二维平面进行计算，可能涉及顶点和片段着色器的处理。这里可能需要使用两个Pass，第一个渲染背面并挤出轮廓，第二个正常渲染正面。这样处理轮廓线比较常见，应该适合用户的需求。 然后是色阶处理。引用[2]提到色阶是要素之一，需要将颜色离散化。在Shader中，可以使用ramp纹理或者颜色分阶算法。比如，将光照计算后的结果映射到几个固定的颜色上，这可以通过对漫反射进行离散化处理来实现，比如使用floor函数或者step函数。 高光部分，卡通风格的高光通常是锐利的块状。传统的Phong或Blinn-Phong高光模型可能不够，需要修改为阈值判断，只显示超过一定强度的高光区域，并使用平滑处理让边缘不那么生硬。 边缘光，也就是边缘的泛光效果，可能需要计算视角和法线的夹角，当夹角接近边缘时添加颜色。比如使用菲涅尔效应，结合自定义的颜色和强度参数。 另外，引用[3]提到的映射到二维平面进行计算，可能涉及到屏幕空间的处理，或者使用表面着色器中的一些方法。这部分可能需要更深入的理解，但考虑到用户可能需要基础的实现，或许先集中在传统的顶点-片段着色器方法上。 需要确保代码示例正确，并且符合Unity Shader的语法。比如，使用ShaderLab语法，定义Properties，SubShader中的Pass结构，以及正确的CGPROGRAM部分。 可能的问题点：轮廓线的实现方式是否正确，是否需要使用几何着色器或者其他方法？但考虑到用户可能刚开始，使用双Pass法挤出背面可能更简单易懂。 此外，引用[1]提到的NPR方法，比如卡通、水彩风格，用户现在专注于卡通，所以可以专注于四个要素的具体实现步骤。 最后，要检查是否有遗漏的步骤，比如是否需要处理光照模型，或者如何集成到Unity的渲染管线中。可能需要指导用户在Unity中创建Shader和材质，并应用到模型上。 总结步骤：轮廓描边→色阶处理→高光调整→边缘光添加，每个部分给出代码示例，并说明原理。确保代码语法正确，使用$$...$$格式显示独立公式，例如漫反射计算、菲涅尔公式等。</think>在Unity中实现卡通风格的非真实感渲染（NPR）Shader，需围绕四个核心要素构建：**轮廓描边、色阶、高光、边缘光**。以下是具体实现步骤及代码示例： --- ### 一、轮廓描边实现 **方法1：背面挤出法** 通过渲染模型背面并挤出轮廓实现描边效果，需两个Pass： ```glsl Shader "NPR/Cartoon" { Properties { _OutlineColor ("轮廓颜色", Color) = (0,0,0,1) _OutlineWidth ("轮廓宽度", Range(0, 0.1)) = 0.03 } SubShader { // 第一个Pass：渲染轮廓 Pass { Cull Front // 只渲染背面 CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag float _OutlineWidth; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; }; v2f vert (appdata_base v) { v2f o; // 沿法线方向挤出顶点 float3 normal = normalize(v.normal); float3 pos = v.vertex + normal * _OutlineWidth; o.pos = UnityObjectToClipPos(pos); return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { return _OutlineColor; } ENDCG } // 第二个Pass：渲染正面 Pass { // 正常光照计算代码... } } } ``` --- ### 二、色阶处理（颜色离散化） 通过漫反射光照计算后，使用色阶贴图或算法简化颜色层次： ```glsl // 在片段着色器中添加： fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); float diff = dot(i.worldNormal, lightDir) * 0.5 + 0.5; // 离散化为3阶 diff = floor(diff * 3) / 3; fixed4 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color; fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo.rgb * diff; return fixed4(diffuse, 1.0); } ``` 或使用Ramp纹理控制色阶： ```glsl sampler2D _RampTex; fixed3 rampColor = tex2D(_RampTex, float2(diff, 0.5)).rgb; ``` --- ### 三、高光锐化处理 将传统高光模型改为阈值判断： $$ \text{高光强度} = \begin{cases} 1 & \text{当 } \cos\theta > T_{\text{threshold}} \\ 0 & \text{否则} \end{cases} $$ ```glsl float spec = pow(max(0, dot(reflectDir, viewDir)), _Gloss); spec = step(_SpecThreshold, spec); // 阈值化 spec *= _SpecularColor.rgb; ``` --- ### 四、边缘光（菲涅尔效应） 基于视角与法线夹角添加发光效果： $$ \text{边缘光强度} = (1 - \max(0, \cos\theta))^{\text{power}} $$ ```glsl float fresnel = pow(1.0 - saturate(dot(normalize(i.worldNormal), viewDir)), _FresnelPower); fixed3 rim = _RimColor.rgb * fresnel * _RimIntensity; ``` --- ### 完整Shader框架示例 ```glsl Shader "NPR/Cartoon" { Properties { _MainTex ("贴图", 2D) = "white" {} _RampTex ("色阶贴图", 2D) = "white" {} _SpecThreshold ("高光阈值", Range(0,1)) = 0.8 _RimColor ("边缘光颜色", Color) = (1,0,0,1) } SubShader { // 轮廓Pass（略） // 主Pass Pass { Tags {"LightMode"="ForwardBase"} CGPROGRAM // 包含上述色阶、高光、边缘光代码 ENDCG } } } ``` --- ### 调试与优化建议 1. **轮廓锯齿问题**：开启多重采样（MSAA）或使用Sobel算子后处理描边 2. **色阶过渡生硬**：在Ramp纹理中使用渐变过渡色块 3. **性能优化**：将高光与边缘光计算合并到同一Pass，减少计算量 [^1]: 非真实感渲染目标与卡通风格定义 [^2]: 卡通渲染四要素理论支持 [^3]: 颜色映射与扫描计算逻辑 ---