阅读指南
文本介绍卡通渲染的基本技术，实现会放在另外的文档
关键词
Cel Shading，ToonShading，色块、色调，各向异性，描边，高光
特征
看起来像手绘的图片
少渐变（指光影的变换），有明显的分界
颜色少
色调少
看起来粗略（凸出主要特征）
卡通渲染的技术是为了实现这些特征
光照模型
卡通渲染光照组成
一般是 = 环境光 + 漫反射 + 高光，根据需要也可以加入对环境的反射
特效
边缘线 + 边缘光
头发天使环
头发上的高光反射
技术点
色块化
把渐变分出好几个级别，渐变变成突变，在边界做一点过渡，一般是根据【法线和视线】or 【法线和光线】计算一个值，根据这个值进行分段，某个范围映射到一个固定的值。
如果要美术定制，可以使用光照查询纹理，是一个分块的颜色纹理，根据光照计算的结果（也就是上面的方法里计算出来的值的相关值），一般是一个[0,1]的值作为uv来查询映射纹理
称为RampMap
色调
使用冷色调，暖色调，根据需要使用的色调配置不同的查询纹理，比如冷白皮肤，热带环境，极地环境
漫反射
色块化方式：
if dot(normalWS, lightDirectionWS) > 0
明亮
else
暗
使用smoothstep做明暗变化的过渡
float lightIntensity = smoothstep(0, 0.01, NdotL);
高光
现实世界效果
卡通渲染效果
真实世界光照表现的不同在于，卡通渲染的高光区不会有太多过渡，是大块大块的突变
float specularIntensity = pow(NdotH * lightIntensity, _Glossiness * _Glossiness);
float specularIntensitySmooth = smoothstep(0.005, 0.01, specularIntensity);
外轮廓线
根据法线和视线的夹角
dot(normal, viewDirectionWS)越小，夹角越接近90度，说明是模型的边，但是获得的轮廓不均匀
优化，将法线变换到投影空间要乘以transform的转置逆再乘projection矩阵，这样法线不会受到非等比缩放的影响，即使用NDC空间的距离
这里面的精髓：多乘了一个w，这样进行透视除法的时候不影响我们设置的数值
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
float3 norm = mul((float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV, v.normal);
float2 extendDir = normalize(TransformViewToProjection(norm.xy));
//o.pos.xy += extendDir * (_OutlineWidth * 0.1);//拉动镜头粗细会变化，下面是优化的
o.pos.xy += extendDir * (o.pos.w * _OutlineWidth * 0.1);
参考
2个Pass，根据法线外扩模型，剔除正面
背面扩张法（Procedural Geometry Silhouetting），缺点是同一个顶点在不同面上有不同法线的地方会有缺口（模型交接的位置出现缺口）
缺点：背面可能和原来的模型发生深度冲突，导致遮挡模型
一种解决方法是给backfaces设置Z-offset，使轮廓线埋没到临近的面里。另一种解决方法是修改backfaces扩张的法线，使轮廓线扁平化
后处理，根据法线和深度变化程度
一般使用Sobel边缘检测算子
缺点：
一些z变化很小的轮廓，比如桌子上的纸张，就无法检测出来
不能区分Silhouette edge和Crease Edge
后处理，边缘检测算子进行检测
内轮廓线
如果直接在贴图上绘制线条，缩放会模糊
使用本村线，角色表面描边的方法，并不是外描边，它是将模型的 UV 打直，只绘制于垂直于 U 轴或者 V 轴的直线，避免斜线线条的采样问题
缺点：
制作周期会比较长
解释下UV打直
把模型上没有整齐排布的uv给排整齐
不直的UV
直的UV
边缘光
根据相机位置和法线，夹角越接近90度，边缘光越强
如果用视线方向，如果模型在右侧45度，并且正面朝着相机，边缘光会出问题，所以要用相机位置
viewDir = normalize(cameraPos - position)
float4 rimDot = 1 - dot(viewDir, normal);
使用smoothstep进行过渡
float rimIntensity = smoothstep(_RimAmount - 0.01, _RimAmount + 0.01, rimDot);
去掉暗处的边缘光
float rimIntensity = rimDot * NdotL;
rimIntensity = smoothstep(_RimAmount - 0.01, _RimAmount + 0.01, rimIntensity);
根据法线和光源夹角调整边缘光，夹角越大，边缘光越弱
float rimIntensity = rimDot * pow(NdotL, _RimThreshold);
rimIntensity = smoothstep(_RimAmount - 0.01, _RimAmount + 0.01, rimIntensity);
阴影
卡通渲染的阴影也是一块一块呈现，没有渐变，只在交界处有过渡
float shadow = SHADOW_ATTENUATION(i);
float lightIntensity = smoothstep(0, 0.01, NdotL * shadow);
阴影倾向
有些地方容易产生阴影，有些地方则很难产生阴影。用一张贴图或者顶点色控制阴影的倾向，对上面的映射函数进行偏移
PBR
在PBR光照模型的计算中加入卡通渲染，使用NDotL、NDotV的值进行操作
头发高光-天使环
一般的高光都是使用法线方向进行制作的，但是此处使用了副切线（T）。原因是我们模拟的对象（发丝）是一个圆柱形，它的形状导致了它的法线的不唯一性，所以法线不能用来计算我们的高光。法线不确定，导致我们的切线也不确定，但是他们的平面是固定的，所以我们可以使用副切线(同时垂直于由法线与切线的向量)
算法说明http://web.engr.oregonstate.edu/~mjb/cs519/Projects/Papers/HairRendering.pdf
经验
法线
卡通渲染的模型一般需要人工调整法线
ilm map
用于调整阴影和高光区域的形状
sss map
用于调整阴影的颜色，暗部颜色 = mainTex * sssMap
参考资料
unity官方卡通渲染方案
Unity Toon Shader (Unity-Chan Toon Shader 3) | Unity Toon Shader | 0.6.1-preview
基础技术
Unity Toon Shader Tutorial - Roystan
outline
综合
天使环
多了噪声做扰动
【Cel-Shading】各向异性发丝高光 | Invictus maneo
头发各向异性渲染写的详细且深入
图形学基础|各项异性与头发渲染_桑来93的博客-CSDN博客_头发各向异性
各向异性（Anisotropic）指的是在不同方向上表现出的光照效果会产生差异