皮毛渲染

2016-8-12

皮毛的表面并非是平坦的，所以使用普通的方法很难将其表现出来。如何在 Unity 中实现皮毛的效果是我最近要解决的问题。通过查找资料，发现有两种方法可以较好的模拟出皮毛的效果。下面开始分别介绍这两种方法。

方法1：

如上图所示，内层的实线圆为模型本身的轮廓，然后沿着法线一层层的往外层扩展，并且由于越往外层，毛就越稀疏，所以光的通透性就越好。在向外扩展的过程中部分像素会被剔除掉，这是为了表现出一丝丝的皮毛效果和长短差异，使用一张噪点（noise）纹理来控制。下面是主要的着色器代码：

// vertex
v.vertex.xyz += v.normal * _FurLength * FUR_DEPTH;

// fragment
half4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex);
o.Albedo = c.rgb * _Color.rgb;
half alpha = step(lerp(_Cutoff, _CutoffEnd, FUR_LAYER), c.a);
o.Alpha = alpha * (1 - FUR_LAYER);

FUR_LAYER 表示当前是第几层。通过 _MainTex 的 Alpha 通道中的信息来控制皮毛的稀疏和长短。每一层都需要重复执行以上的着色器，只是 FUR_LAYER 会有所差异。

// Fur Pass 1
CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhong vertex:vert alpha
#define FUR_MULTIPLIER 0.05
#include "MyFurInclude.cginc"
ENDCG

// Fur Pass 2
CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhong vertex:vert alpha
#define FUR_MULTIPLIER 0.10
#include "MyFurInclude.cginc"
ENDCG

// Other Passes

下面是效果图：

方法2：

使用 Tessellation。下面是效果图：

主要的着色器代码：

#pragma surface surf BlinnPhong vertex:vert tessellate:tessEdge alpha:blend

float4 tessEdge(appdata v0, appdata v1, appdata v2)
{
    return UnityEdgeLengthBasedTess(v0.vertex, v1.vertex, v2.vertex, _EdgeLength);
}

void vert(inout appdata v)
{
    float4 dispC = tex2Dlod(_DispTex, float4(v.texcoord.xy, 0, 0));
    float d = dispC.r * _Displacement;
    v.vertex.xyz += v.normal * d - dispC.g * v.normal * _Displacement2;
}

总结：

在 vertex shader 阶段可以加上风力的影响，让皮毛产生随风摆动的效果。在 fragment shader 中加上各项异性的渲染，效果会更真实。

方法1主要的缺点是渲染的压力很大，因为有大量的 overdraw 和三角面数。优点是大部分移动设备都是支持的，用在某些特写镜头时提升表现效果还是不错的。

方法2在目前的移动设备上还不支持。但是今年的 WWDC 中已经说明了，在最新的 IOS10 的 Metal 并且 A9 处理器中已经可以支持 Tessellation，所以以后在开发的时候，可以将其考虑进来。相信以后在 IOS 上的游戏将越来越多的看到 Tessellation 的应用。而在 Android 上，等 Vulkan 普及后应该也是值得期待的。