各向异性头发效果

一 概览

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本文讲解了各向异性头发效果的原理，Shader的具体实现，以及部分注意事项。
社会你坤弟，人怂话又多，这次先上Demo： AnisotropicHair

二 原理

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1 面片模型

配合基本颜色贴图来模拟发丝的效果。

2 基本贴图

3 高光走向

Kajiya-Kay模型：利用切线（tangent）方向来计算高光强度。

4 两层高光

Marschner模型：两层高光，并为第二层高光添加噪点。

三 Shader实现

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1 Diffuse Lighting

fixed4 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv);
half3 diffuseColor = albedo.rgb * _MainColor.rgb;

2 两层高光

//获取头发高光
fixed StrandSpecular ( fixed3 T, fixed3 V, fixed3 L, fixed exponent)
{
    fixed3 H = normalize(L + V);
    fixed dotTH = dot(T, H);
    fixed sinTH = sqrt(1 - dotTH * dotTH);
    fixed dirAtten = smoothstep(-1, 0, dotTH);
    return dirAtten * pow(sinTH, exponent);
}
            
//沿着法线方向调整Tangent方向
fixed3 ShiftTangent ( fixed3 T, fixed3 N, fixed shift)
{
    return normalize(T + shift * N);
}

fixed3 spec = tex2D(_AnisoDir, i.uv).rgb;
//计算切线方向的偏移度
half shiftTex = spec.g;
half3 t1 = ShiftTangent(worldBinormal, worldNormal, _PrimaryShift + shiftTex);
half3 t2 = ShiftTangent(worldBinormal, worldNormal, _SecondaryShift + shiftTex);
//计算高光强度        
half3 spec1 = StrandSpecular(t1, worldViewDir, worldLightDir, _SpecularMultiplier)* _SpecularColor;
half3 spec2 = StrandSpecular(t2, worldViewDir, worldLightDir, _SpecularMultiplier2)* _SpecularColor2;

3 结合起来

fixed4 finalColor = 0;
finalColor.rgb = diffuseColor + spec1 * _Specular;//第一层高光
finalColor.rgb += spec2 * _SpecularColor2 * spec.b * _Specular;//第二层高光，spec.b用于添加噪点
finalColor.rgb *= _LightColor0.rgb;//受灯光影响
finalColor.a += albedo.a;

四 注意事项

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1 半透明渲染次序错乱

头发挽起来的部位出现在了前面：

通过添加一个写入深度的Pass可解决此问题：

Pass
{
    ZWrite On //写入深度，被遮挡的像素将不能通过深度测试
    ColorMask 0 //不输出颜色
}

2 半透穿透

但随之而来却产生了另外一个问题：下层头发被剔除之后，上层头发直接和背景色进行了混合

除了调整贴图alpha值之外，还可在通过在新添加的Pass中添加一个基本的颜色来解决此问题：

half4 finalColor = half4(0, 0, 0, albedo.a);
finalColor.rgb += (albedo.rgb * _MainColor.rgb) * _LightColor0.rgb;
return finalColor;

3 高光方向

为确保头发的高光走向为沿着发根到发尖，需要设置模型的轴向为Y轴朝上（和Unity一致）

同时UV方向也要和模型方向一致