写一个轮廓线shader

<think>好的，用户让我介绍一下如何写一个轮廓线Shader。首先，我需要确定用户的需求是什么。轮廓线Shader通常用于卡通渲染或者突出显示物体的边缘，比如在游戏中角色被选中时显示轮廓。用户可能是一个Unity开发者，想要在自己的项目中实现这样的效果。 接下来，我需要考虑用户可能的背景。如果用户是初学者，可能需要一个基础的实现方法，而如果是有经验的开发者，可能希望了解更高级的技巧。根据之前的对话历史，用户之前询问过噪声纹理，可能对Shader编程有一定的了解，但可能还是处于中级水平。因此，我应该从基础开始，逐步深入，同时提供优化的建议。 常见的轮廓线实现方法有几种：基于法线扩张的背面渲染、基于屏幕空间边缘检测、基于深度差和法线差的方法，以及顶点膨胀法等。其中，背面渲染法是比较简单且常用的方法，适合新手理解。不过，这种方法可能会有接缝问题，需要调整法线或者使用平滑法线数据。另外，顶点膨胀法在顶点着色器中膨胀顶点位置，但要注意背面剔除的问题，可能需要渲染两次。 用户可能需要具体的代码示例，所以提供一个基础的背面渲染Shader代码是有必要的。同时，我需要解释每一步的作用，比如如何将背面顶点沿法线方向扩张，如何设置颜色和剔除模式。此外，优化部分也很重要，比如如何处理模型接缝、性能优化、自定义宽度和颜色等。 可能用户在使用过程中会遇到问题，比如接缝处的断裂或者性能问题，所以需要提前在注意事项中提到这些点，并提供解决方案，比如使用平滑法线或调整扩张方向。此外，考虑到不同渲染管线（如URP）的兼容性，指出可能需要调整渲染队列和语法，这也是用户可能遇到的痛点。 最后，总结不同方法的优缺点，让用户可以根据项目需求选择合适的方法。例如，背面渲染法简单但可能有接缝，屏幕空间方法效果好但性能较高。这样用户可以根据自己的项目情况做出选择。 检查是否有遗漏的部分，比如顶点膨胀法和屏幕空间边缘检测是否需要更详细的解释。考虑到用户可能需要快速实现，所以重点放在背面渲染法，同时简要提到其他方法，供用户进一步研究。确保代码示例正确，并提醒用户测试和调整参数的重要性。</think>在图形渲染中，**轮廓线 Shader** 常用于实现卡通风格（Cel-Shading）或物体高亮效果，其核心思路是通过检测模型边缘并添加描边。以下是几种常见实现方法及详细示例： --- ### **1. 基础方法：背面扩张法（Backface Extrusion）** 通过渲染背面并沿法线方向扩张，形成轮廓线。这是最简单的实现方式。 #### **实现步骤**： 1. **渲染背面**：使用 `Cull Front` 剔除正面，仅渲染背面。 2. **沿法线扩张顶点**：在顶点着色器中，将背面顶点沿法线方向外扩。 3. **纯色填充**：将扩张后的背面渲染为轮廓颜色。 #### **Shader 代码示例（Unity URP）**： ```glsl Shader "Custom/Outline" { Properties { _OutlineColor ("Outline Color", Color) = (0,0,0,1) _OutlineWidth ("Outline Width", Range(0, 0.1)) = 0.05 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry" } // 轮廓Pass：渲染背面扩张 Pass { Cull Front // 剔除正面，只画背面 CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag struct appdata { float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL; }; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; }; float _OutlineWidth; float4 _OutlineColor; v2f vert (appdata v) { v2f o; // 沿法线方向扩张顶点（视图空间） float3 viewNormal = mul((float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV, v.normal); float3 viewPos = UnityObjectToViewPos(v.vertex); viewPos += normalize(viewNormal) * _OutlineWidth; o.pos = mul(UNITY_MATRIX_P, float4(viewPos, 1.0)); return o; } half4 frag (v2f i) : SV_Target { return _OutlineColor; } ENDCG } // 正常物体渲染Pass UsePass "Universal Render Pipeline/Lit/Forward" } } ``` --- ### **2. 进阶优化：屏幕空间边缘检测** 通过深度差（Depth）和法线差（Normal）检测边缘，适合复杂场景，但性能消耗较高。 #### **实现思路**： 1. **深度差检测**：比较当前像素与周围像素的深度差异。 2. **法线差检测**：比较当前像素与周围像素的法线方向差异。 3. **边缘合成**：深度或法线差异超过阈值时，标记为轮廓。 #### **代码片段（边缘检测部分）**： ```glsl float4 frag (v2f i) : SV_Target { // 采样当前像素的深度和法线 float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv); float3 normal = SampleNormal(i.uv); // Sobel算子检测边缘 float2 offset = _MainTex_TexelSize.xy; float depthDiff = 0; float normalDiff = 0; // 深度差 depthDiff += SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv + offset * float2(1,1)); depthDiff -= SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv - offset * float2(1,1)); // 法线差 normalDiff += dot(normal, SampleNormal(i.uv + offset * float2(1,0))); normalDiff += dot(normal, SampleNormal(i.uv + offset * float2(0,1))); // 合并边缘 float edge = step(_EdgeThreshold, abs(depthDiff)) + step(_NormalThreshold, 1 - normalDiff); return edge * _OutlineColor; } ``` --- ### **3. 顶点膨胀法（Vertex Expansion）** 在模型空间直接膨胀顶点，适用于低多边形风格。 #### **代码关键点**： ```glsl v2f vert (appdata v) { v2f o; // 在模型空间沿法线方向膨胀顶点 float4 pos = v.vertex + float4(v.normal, 0) * _OutlineWidth; o.pos = UnityObjectToClipPos(pos); return o; } ``` --- ### **优化技巧** 1. **解决接缝问题**： - 使用平滑法线（Smooth Normals）代替硬边法线。 - 调整法线方向：`v.normal = normalize(v.vertex);` 2. **性能优化**： - 背面扩张法性能最佳，适合移动端。 - 屏幕空间方法需要深度纹理，消耗较高。 3. **自定义宽度控制**： - 通过 `_OutlineWidth` 参数动态调整轮廓粗细。 4. **抗锯齿**： - 在片段着色器中使用 `smoothstep` 软化边缘。 --- ### **注意事项** - **模型质量**：低多边形模型可能导致轮廓断裂，需调整法线。 - **透明物体**：轮廓Pass需在透明物体前渲染（调整 `"Queue"="Geometry-1"`）。 - **多材质支持**：复杂模型可能需要合并多个轮廓Pass。 - **URP/HDRP适配**：需替换为对应渲染管线的内置函数（如 `TransformObjectToHClip`）。 --- ### **总结** - **简单需求**：使用背面扩张法（快速实现，性能优秀）。 - **复杂场景**：结合深度+法线的屏幕空间检测（效果精准，性能略低）。 - **风格化渲染**：顶点膨胀法 + 自定义法线调整（适合低多边形）。 最终效果示例：