Unity中的仿真丝袜渲染

物理层面的分析

在开始编写Shader前，首先我们需要对丝袜这种物品在现实中的物理性质进行一个具体的分析。
丝袜有着众多的款式，形状、功能、材料各有不同，依据我在百度百科和各类淘宝爆款中丰富的调研，最终我选择了其中最具有代表性，也是现今最常见的尼龙丝袜进行分析。

主要材质为 约90%聚酰胺纤维（锦纶/尼龙）+ 约10%聚氨酯纤维（氨纶）
基本上可以推测这种材质的金属性(Metallic)为0，而光滑度(Smoothness)则根据种类不同会有较大区别。

丹尼尔值

各种丝袜的厚薄也有区别，“D”或“Denier”是指纤维的纤度单位。5D、10D几乎透明，100D以上则几乎不透，很好理解，

所以Shader中我们就以Denier值表示丝袜的厚薄程度。
机核网的相关文献：11月2日裤袜之日,是时候研究神秘的裤袜了

纤维的特性

我们可以发现一种现象——靠近腿部中央的位置丝袜颜色较淡，并且如果丝袜够薄甚至会显出底下皮肤的颜色，而越靠近腿两侧丝袜颜色则会越深。丝袜由无数细小交错的纤维组成，所以正对视线的纤维是最稀疏的，而越靠近腿部轮廓的纤维则对于观察者来说越显得密集。

能否通过渲染出每一根纤维实现丝袜的效果？
几乎不可行，就像游戏的毛发渲染也没有一根根渲染的一样，实际纤维的密集程度远超越现阶段电脑游戏的精度，虽然可以做出大概的意思，但是这些交错的线条会产生大量摩尔纹而影响观感。

简单尝试一下，效果可以说相当恶心了。不过扩大间距后似乎就接近了渔网袜的效果，当然这不是本文的目标…

摩尔纹
空间频率相近的两组图案相互干涉，会有更低频率（更宽间距）的图案显示出来。
使用相机拍摄屏幕的照片和扫描图上常常可以看见，游戏中因为像素点有限，在光栅化过程中也会出现。

开始吧

既然基于PBR，新建一个Surface Shader文件，然后依据需求稍微删改一下：

Shader "Custom/NewSurfaceShader" {
    Properties {
        _NormalTex("Normal", 2D) = "bump"{}
        _Smoothness("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows
        #pragma target 3.0

        sampler2D _NormalTex;

        struct Input {
            float2 uv_NormalTex;
        };

        half _Smoothness;
        fixed4 _Color;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            o.Albedo = 1;
            o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalTex, IN.uv_NormalTex));
            o.Metallic = 0;
            o.Smoothness = _Smoothness;
            o.Alpha = 1;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

删除了金属度等一些不需要的属性，加入了法线。
我们就以此为基础，开始我们的丝袜探索之旅吧。

计算

对丝袜纤维的密集程度定义一个属性 疏密度(Density) ，取值范围0（几乎没有纤维）到 1（完全被纤维覆盖）。依据疏密度提供颜色给Albedo通道，疏密度越高显现更多丝袜颜色，越低则显现皮肤颜色。

计算疏密度需要三部步骤：

丹尼尔值对整体疏密度的影响。
受丝袜良好弹性影响，需要一张灰度贴图来控制不同区域的拉伸程度，拉伸越大疏密度越低。
受观察者视线的影响，丝袜平面与观察者视线角度越小时，疏密度越大。称其为边缘度影响。

对于这几点，我们定义几个属性：

Properties{
    _Denier("Denier", Range(5,120)) = 25.0
    _DenierTex("Density Texture", 2D) = "black"{}
    [Enum(Strong,6,Normal,12,Weak,20)] _RimPower("Rim Power", float) = 12
    _SkinTint("Skin Color Tint", Color) = (1,0.9,0.8,1)
    _SkinTex("Skin Color", 2D) = "white" {}
    _StockingTint("Stocking Color Tint", Color) = (1,1,1,1)
    _StockingTex("Stocking Color", 2D) = "white"{}
}

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