Urp渲染管线下的卡通冰效果实现

一、卡通冰的效果

先看最终实现的卡通冰材质效果吧，如下所示：

也可以调出类似玻璃的效果：

如果对一个球应用卡通冰材质，然后打开各种选项，可以得到如下效果：

凹凸不平的地方是因为应用了法线贴图。

二、脚本和最终的材质界面

最终的材质界面，如下图所示：

通过材质界面可以清晰看出卡通冰效果的各个模块。
另外为了获得屏幕颜色需要挂上一个脚本（PostProcessEffect）表示当前管线需要执行CopyColorPass。

三、折射

冰效果最关键的部分是折射，注意是折射而不是半透明。折射是透光冰看过去，后面的背景会发生一定的扭曲；而半透明混合是冰本身的颜色和背景做一定的混合，无法背景实现扭曲的效果。这里的实现思路参考之前的屏幕扭曲特效的实现方式，具体可以参考文章：Urp下自定义特效管线和后处理特效实现。
关于如何取得屏幕颜色贴图的方法不再赘述，另外为了优化性能，最终是判断是否需要获取屏幕颜色贴图（比如是否挂了屏幕特效脚本等）来决定是否执行CopyColorPass。

3.1 折射屏幕扭曲

获得屏幕颜色贴图后，只需要在屏幕空间下采样就能获得背景的颜色信息，至于扭曲的方式是通过一张扭曲贴图来采样当前位置的扭曲程度，这个扭曲程度加到屏幕空间UV上即可。一定程度的扭曲，能够模仿透过冰这种介质发生光线扭曲的这种效果。

3.2 折射强度控制

折射强度主要是通过NDotV来控制，另外提供了折射强度和控制贴图来调节。折射越强，越能透光冰看到后面的场景。至于为什么要使用NDotV，主要是为了贴近菲尼尔效应。根据菲涅尔效应，视线垂直于法线的情况下，反射越强，相应的折射越弱，NDotV越小。

四、卡通着色

这里的卡通着色就是一个二阶色的卡通着色，计算halfLambert，然后映射到2个颜色（暗色、亮色），中间的过渡用smoothstep插值。可以参考文章：Unity下的日式卡通渲染实现-着色篇（一）中的卡通着色部分。
那么卡通着色如何跟折射效果结合了？
可以使用折射强度去插值基础颜色和折射颜色，然后再用得到的基础色去计算卡通着色。

五、高光

高光就是Blinn-Phong的高光部分，计算NDotH，然后用pow(NDotH, 高光指数)来得到高光结果。比较简单，不再赘述。

六、边缘光

边缘光也是通过NDotV来判断边缘光程度，方法是判断NDotV是否小于边缘光宽度。这样不仅可以通过NDotV简单的模仿物体边缘判断，而且可以通过边缘光宽度来调整边缘光的大小。
高光和边缘光是叠加在卡通着色基础之上的，叠加比例是1-折射强度。

七、描边

描边就是使用沿着法线外扩的卡通渲染描边，可以参考文章：Unity下的日式卡通渲染实现-描边篇（三）。

八、溶解

为了满足特效那边的冰消融的需求，额外添加了一个溶解部分。材质设置如下图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qlk9n061-1651656881807)(https://raw.githubusercontent.com/xpc-yx/markdown_img/master/小书匠/卡通冰-溶解材质.png)]
溶解的实现很简单，提供一个溶解阈值，使用颜色贴图或者控制贴图的Alpha通道，来做AlphaTest。当然具体实现是用clip函数丢弃像素。

8.1 溶解颜色

为了模仿消融的效果，提供了一个溶解颜色来表示消融的过渡色，过渡色和本来的颜色通过smoothstep来插值，插值参数是溶解程度，溶解程度即是alpha减去溶解阈值。
效果如下图所示：

可以看到溶解的边缘有一个溶解过渡颜色。

九、控制贴图

为了方便美术控制效果，额外提供了一张控制贴图，四个通道分别控制：高光强度、边缘光强度、折射强度、溶解Alpha值。

十、参考资料

Urp下自定义特效管线和后处理特效实现
Unity下的日式卡通渲染实现-着色篇（一）
Unity下的日式卡通渲染实现-描边篇（三）