卡通人物渲染管线概述

Heee

*如果你想要上手卡渲却苦于没有思路，本篇将带你走一遍人物卡渲管线，节省前期技术开发整理的时间。本人学疏才浅，讲到的内容可能不够全面，也请各路大佬多海涵。

*本篇仅涉及知识点，实现方法可以参考我的往期教程~

*本篇为录播知识点整理，配合录播食用效果更佳

开篇：

目录：

第一节：

首先，NPR-Non-Photorealistic Rendering，顾名思义，非真实渲染。

对比下面的三个图：

左边塞尔达，不用说，完全的NPR效果。

右边使命召唤，完全的PBR效果。

中间噬血代码，整体在PBR基础上，在头发、衣服、Bloom等效果上叠加了NPR效果。

再看什么是NPR，卡通渲染也是NPR一种，各类非真实的视觉呈现效果都可以称为NPR，没有一个标准，没法定论说NPR就是什么效果，每个厂商都有对NPR独到的理解，所以，让我们先从模仿做起，在模仿的过程中积累知识，并创造自己的一套渲染管线。

今天的是卡通人物渲染管线，所以让我们专注于纯NPR效果的实现，单从上面三张图，最明显能看出来的，是在着色上，塞尔达的人物卡渲呈现很多大色块，色阶很少，所以让我们先从大面积着色上入手今天的卡通人物渲染管线。

这里有六种光照模型与对应解释：（敲黑板，这是对模型整体大面积着色的关键一步）

较为常用的有：扁平光照（加高光）、增加扁平光照色阶、Ramp图过渡、混合NPR与PBR

在着色完成后，我们需要考虑描边：

美术处理上的描边手段：

图像处理上的描边手段：

对应解释：

屏幕空间顶点偏移：（不常用，最多用在高亮描边显示）

BackFace描边：（低消耗效果好，需要对模型预处理）

场景深度描边：（通过对场景深度卷积运算得，常用作高质量外描边，内部细节不足）

场景法线描边：（通过对场景法线卷运算得，常用作内部细节描边，外描边粗细不足）

综合细节描边处理：

（BackFace经过平滑法线、转移到屏幕空间、活用RBGA四通道能达到较好的效果。结合自定义深度做外描边、场景法线做内描边也可以达到较好的效果）

IDTexture描边：

（通过对色值卷积，常用作模型内部部件外描边，并且让描边一定程度上有摆脱网格体限制的能力）

根据上面的内容，我们就能轻松复刻塞尔达的效果：

接下来让我们看看，如何还原原神的人物卡通渲染：

塞尔达的卡渲风格也很符合游戏本身，比较粗犷，而原神的人物卡渲是那种比较精致的类型，增加了很多细节补充了画面的丰富的。所以，在开始上手制作前，细节分析要做到位，这也是为什么全网那么大佬做出的多仿原神渲染中，卡渲效果也是良莠不齐的原因。

接下来给出我的参考：

在做完分析后，让我们开始上手制作：

首先处理好光照效果：（用到了上文提到的Ramp图过渡的扁平光照）

·后处理中制作扁平光照

·Ramp图分为头发、身体、衣服三种：

头发：暗面略带紫红色，过渡由黄绿向灰白渐变

衣服：有黄绿色过渡（我这里懒了只做了灰色过渡）

身体：暗面略带红色体现肉体质感，黄绿色过渡表现向日光的过渡

*值得一提的一点：（如何在后处理中“消除”引擎自带光照影响可以参考我的其他教程）

为什么上面消除要加双引号，可以在RenderDoc中看到，后处理是走完整个引擎自带渲染管线后附加的一套处理管线，本质上是在用延迟渲染返现引擎自带管线，我们并没有改变引擎自带管线，所以并没有真正消除引擎自带光照，而是视觉上消除了而已，性能上肯定不如改管线的要好。

用后处理制作扁平光照能做到什么效果：

纯后处理能支持一个日光的光源阴影效果与多个环境光的光色效果。

结合后处理、材质和蓝图，能够支持多光源阴影效果。

基于上面的扁平光照，添加多种高光体现质感：

四种高光：

衣服：布料类，不怎么需要高光

盔甲&绳结：硬胶类，需要硬边高光，据观察高光需要随视角改变

金属：金属类，需要软边高光，亮暗对比度较大，高光需要随视角改变

头发：遮罩类，在一定遮罩范围内高光随视角改变，亮暗测亮度需要调整避免过亮

做完基础光照后，我们需要优化阴影细节：

分为三种阴影：

动态阴影：在上述光照中已经制作完成，注意Ramp图色值选取

静态阴影：静态阴影中分两种。一种，通过遮罩绘制出阴影区域，保证整体阴影色值统一。第二种，绘制在贴图上，要比统一阴影颜色更深，用来体现头发间隙、耳朵轮廓等需要通过阴影表现深度的地方。

面部阴影：通过ShadowMap制作（一种由0向1渐变的梯度图），通过蓝图与材质结合，调整日光与面部阴影的交互。具体做法可参考往期教程。

在上面，我们已经完成了光照效果的制作，接下来看一下描边：

这里有三种描边：

外描边：自定义深度获取整体遮罩，卷积算得外描边

内描边：自定义深度获取遮罩，避免全局描边，对场景法线卷积算得内描边

内边缘光：

这个值得一提。许多仿原神渲染里似乎都没有看到对这个效果的还原，可能是没有注意到，也可能注意到了没能够实现。

先讲一种错误做法——用菲涅尔制作。通过对菲涅尔的限制可以获取较细的内部描边，这点在单纯用一个球体可以实现，效果也很不错，但是，如果换成正方体，无论如何处理都得不到正确的结果。这是因为菲涅尔本质就是相机向量与物体法线点积运算，当物体法线变化不够明显时，或者像是正方体这样一个面法线都是一个方向的情况，点积的结果一个面都是一个，不管怎么运算正方体这个面的结果都是统一的，所以不要用菲涅尔去做描边。

这里给出我的方法，用自定义深度绘制两次外边缘，并改变两者卷积的偏移量，获取一个粗细可控的区域用制作内边缘光。

在做完三个描边后，你会发现随着视角转变，描边粗细并没有变化，当摄像机原理、人物变小时，描边粗细不变会使卷积出来的描边揉成一坨，所以对每个描边都要相对相机距离进行缩放。

描边做完后，让我们优化一下细节：