UnityShader崩坏渲染解析系列（2）--明暗计算

什么是明暗

与实时渲染不一样的地方在于，日式卡通渲染阴影过度有明显的分界线。

没错，左边的明暗变化有一条很明显的交界线，而右边的是有过渡效果的。日式卡通基本采用左边的方式。
可能会有人会说好丑啊，确实因为日式的漫画的明暗变化都是由艺术家完成的，可以说是漫画不可或缺的灵魂，而作为程序员只能按照一定的规律生成阴影，我们按照入射角、视角、法线的关系生成对应的明暗面，肯定 无法满足艺术家的需求，他们肯定会说哦，nonono…你们这里这里不能这样这样，那里那里要那样那样。。。然后我们说，哦，nonono，他们这样是因为那样的。。。。哦，nonono。。哦。。。八嘎。

处理明暗

双方都有道理，都是不能减少的，那么有的游戏会采用的策略相对简单粗暴，美术直接把阴影画到贴图上，那样效果就一致了。但是这样的效果在某一个角度下看上去是完美的，一旦视角发生变化，或者角色旋转就会发现这个明暗关系跟场景不搭，动态效果极差，但是如果我们是3D游戏，显然必须要高大尚，然后这个方向继续延伸，搬砖员登场，我们再此基础上加上程序运算的阴影。由此第一个方案诞生了，美术颜色贴图+程序阴影。显然这种方案制作相对简单，容易理解，但是效果却差强人意，因为美术做的阴影在任何时候都是一样的，可能在灯光直射的情况的这些阴影是不需要存在的。而程序的阴影虽然看起来可以有动态效果，但是美观角度上却可能让美术扣分了。

崩坏处理

为了解决这种尴尬的处境，大佬们使用了遮罩图来处理，明暗关系单独使用贴图处理，程序员使用公式计算阴影，只不过计算的这个地方是不是阴影会通过遮罩图决定。那么这样一来，美术可以按照自己的想去做阴影，又可以实现动态的效果。

资源解析

按照我们上面的理论，崩坏有一个阴影的遮罩图，遮罩图的G通道就是处理的明暗计算，如下:

通过这张图和Lambert的光照系数，共同计算出阴影阀值。代码如下：

 //2.采样遮罩图--g通道确订明暗关系
fixed3 lightTexColor = tex2D(_LightMapTex, i.uv.xy).rgb;
//return lightTexColor.g;
fixed3 secondShadowColor = baseTexColor.rgb * _SecondShadowMultColor.rgb;
fixed3 firstShadowColor = baseTexColor.rgb * _FirstShadowMultColor.rgb;
//2.1 通过lambert、阴影衰减和外部设定的明暗面阀值确定明暗面
//-----通过顶点颜色和遮罩图的g通道的乘积来表示，此片元成为暗面的倾向
fixed realMask = lightTexColor.g * i.color.r;
float t1 = (realMask + i.lambert * atten) * 0.5f;
//进行二分色，可以优化使用平滑处理
t1 = 1.0f - step(_SecondShadow, t1); //smoothstep(_SecondShadow, _SecondShadow+0.03, t1)				
		
//计算第一次二分色的颜色
secondShadowColor = t1 * secondShadowColor + (1.0f - t1) * firstShadowColor;
float4 outCo;			
//对应的做了映射x=1.2x-0.1  y=1.25y-0.125
fixed2 expandMask = realMask * fixed2(1.2f, 1.25f) + fixed2(-0.1f, -0.125f);
//对暗面权重值做映射之后的阀值处理
t1 = 1.0f - step(0.5f, realMask);
t1 = t1 * expandMask.x + (1.0f - t1) * expandMask.y;
//--上面是做了分段的解析t1=1.2x-0.1 {x=[0,0.5]}    t1=1.25x-0.125 {x=[0.5,1]}				

//将设置的阴影和光照信息结合,本次进行的
t1 = (t1 + i.lambert * atten) * 0.5f;
//再次进行二分色
t1 = 1.0f - step(_LightArea, t1);
//这里是在阴影处添加了另一个阴影颜色
firstShadowColor = t1 * firstShadowColor + (1.0f - t1) *baseTexColor;
//处理第一次二分色和第二次二分色的叠加。暗面倾向小于0.09的定义为二次暗面。
fixed t2 = 1.0f - step(0.09f, realMask);				
//t2阴影部分为1，亮面为0，而这里亮面使用了
fixed3 diffuseColor = t2 * secondShadowColor + (1.0f - t2) * firstShadowColor;

outCo.xyz = diffuseColor;
return outCo;	

有代码我们看出，G通道的数据只是一种明暗倾向图，实际操作时会和Lambert计算出的光照系数以及阴影衰减(这个源码中是没有的)混合来计算明暗的差值。第二次做二分色的时候做了一次映射，[0,0.5]对应[-0.1,0.5]，[0.5,1]对应[0.5,1.125]，单从结果上看就是再次加深了倾向，以0.5为分界，是小于0.5的地方暗面敏感度更高，大于0.5的地方敏感度更低。这种操作更深层次的含义就参详不出来了。然后就是对两次二分色做叠加，以0.09为分界。小于的部分为阴影2，[0.09,_LightArea]的部分为阴影1，其他部分为默认色。致此，明暗计算完毕，我们看下效果(为了更直观，去掉贴图颜色)：

遮罩数值(mask.g*vertexcolor.r)	颜色获取
0-0.09	第一次二分色计算的颜色,图片中绿色
0.09-1	第二次二分色计算出来的颜色,图片中绿色之外的颜色

两次二分色的计算对比：

二分色系数	对比数值	Mask计算
_SecondShadow	(Mask+lambert * atten)*0.5	Mask= _LightMapTex.g*vertexcolor.r==>[0,1]
_LightArea（个人理解_FirstShaow更形象）	(Mask+lambert * atten)*0.5	令 x=_LightMapTex.g*vertexcolor.r ； Mask=1.2x-0.1 {x=[0,0.5]} Mask=1.25x-0.125 {x=[0.5,1]}

OK~~明暗计算，其实到这里就结束了，这篇很低产，确实没啥动力写东西了，觉的还是有点浪费时间。无聊的时候写写吧，当个笔记还是不错的，接下来分享的就是高光，Bloom，以及Dither效果、SpecialSstate、RimGlow、Distortion。其实源码中还有一部分是LUT纹理查找的以及双线性插值计算的一些方法，主要是角色颜色贴图的，有时间的话可以分享一下。

总结

分析可能有错的地方，如果有错还请多多指出。