【Blender 水墨材质】实现过程剖析01

写在前面

想把Blender一位大佬演示的Blender水墨材质过程，在Unity用Shader重现，过程中会拿能拿到的节点代码举例（ShaderGraph或者UE的都会有）。第一步当然是要跟着人家做一遍！我会尽可能地分析一下每一步的原理~

教程：blender水墨材质制作演示

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1 描边效果+内部颜色

节点一览：

Fresnel节点

这个节点其实实现的是菲涅尔效果，严格遵守“入射角越大，反射光越多”，直接拿n和v来判断（跟BRDF里的F项关系不大，F项是微观的vh），几乎都是用来计算视角边缘区域——以实现边缘光或者描边的效果。

UE里蓝图也有相似节点——Fresnel节点，节点代码：

half Fresnel(half Exponent, half BaseReflectionFraction) 
{
    half NoV 	= max(dot(N, V), 0.0f);
    half Fres 	= pow(abs(1 - NoV), Exponent);
    Fres        = Fres * (1 - BaseReflectionFracetion) + BaseReflectionFraction;
    return Fres;
}

其中F0是基础反射率，相当于(Exponent为5的情况）：

ShaderGraph也有对应的Fresnel Effect节点，节点代码：

void Unity_FresnelEffect_float(float3 Normal, float3 ViewDir, float Power, out float Out)
{
    Out = pow((1.0 - saturate(dot(normalize(Normal), normalize(ViewDir)))), Power);
}

输入的Power相当于UE里的Exponent，用以控制边缘强度。

但是Blender只有IOR项。

IOR影响的是什么

我们先看看这张图，是把Fresnel放在自发光层为了让反射率可视化，Fresnel节点输入的IOR值越大，意味着每个像素的反射率越高（像素点越白），那么颜色过渡的范围就会缩小，IOR大到一定程度，菲涅尔效应就几乎没有了。

ColorRamp节点

你会发现虽然是ColorRamp，但输出的值仅仅是一个数Factor，去参与混合Shader，所以！这里的ColorRamp实际上只是在用黑白两个色去规范取值，原始的Fresnel值输出是这样的：

所以需要Ramp一下让边缘别这么太过渡，边缘硬一点、交界明显一点。

然后拿这个硬一点的结果，MixShader一下，两个Emission材质仅仅是用来给定内颜色和边缘颜色的。

那么第一部分，边缘，如果在Unity里实现，直接以nv判断边缘再ifelse条件去硬化边缘就行！

当然，实际上ColorRamp远不止这样，有时候还会有多个Factor+多个Color同时组成一个Ramp图，TA意识觉醒——要是能用代码方式实现一个ColorRamp

有大佬在Unity Shader实现了Color Ramp：[技术美术Demo]-小工具制作Ramp图

知乎上也发现了一篇：实现Unity 后处理特效 (3) _渐变 Ramp

以及：【Unity工具】使用Shader快速实时生成复合Ramp图

完美！后期复刻一个出来吧，作为实现水墨风小Demo的一个小分支，丰富自己作品的工作量。

2 滤波纹理添加勾线细节

节点一览：

这部分简单，就是用噪声纹理当作一张Bump Texture，然后连给Fresnel节点的Normal通道，相当于改变dot(n,v)计算的n，单独输出影响之后的Fresnel：

因为我们看到的东西中间都是纯色的、再加上水墨风格需要的颜色比较淡、所以说这里仅仅算是给描边做了一个细节遮罩，让他有一种笔触感，当然在实现的时候可以直接传入笔刷Texture，采样这张Texture后，改变worldNormal就行。

3 丰富内颜色

节点一览

单独预览Mix后的效果：

Layber Weight 层权重

这就是个神奇的节点！很多效果都有它的身影，我们一点一点看。

骨骼的权重

在骨骼动画里，权重值越高，该节骨骼对相应网格的影响便越大，由于存在多节骨骼对相同网格存在影响，此时便要通过权重值来决定优先级。所以骨骼绑定也叫做刷权重。（ 解释参考自Unity骨骼动画的总结）

Shader中的权重

权重在Shader里指——两个系数A和B谁占比更多，比如Mix Shader：

权重就是Factor参数——Factor越小，代表Color1在输出中的占比越小。代码表示的话可以是：

float4 MixShader(float Fac, float4 Color1, float4 Color2){
    return Fac * Color1 + (1 - Fac) * Color2;
}

层的权重-Fresnel

Layer Weight本身节点如下：

Fresnel输出效果有点类似Fresnel？如果把上面实现描边的Fresnel换成Layer Weight看看有什么不同，

连Fresnel节点

连Layer Weight节点

惊，只要参数正确，效果是一样的，且Blender参数在（0,1），调整起来比IOR更容易一些。

层的权重-Facing

面朝向输出，我们如果单独输出Facing值：

对于球来说，越到边缘越白（亮），中间越黑（暗），事实上由于球的表面是平滑过渡的，法线也是平滑的，中间相当于视线垂直于面（n和v夹角为0），边缘相当于掠射（夹角为90°）。

啊，这时候就有疑问了——感觉和菲涅尔输出差不多意思，掠射为白，垂直为黑？

球简直是个个例，我们给球法线扰动一下，然后加上ColorRamp去对比一下输出Fresnel和输出Facing的区别：

左为Fresnel，右为Facing，为了对比更明显Blend参数都设置为0.5，给了噪声贴图传入Bump作为Normal输入，测试节点大概长这样：

对比下来你会发现，Facing更贴近于通过n去影响最终的占比，v越是掠射，越是贴近ColorRamp的最后一个色值，v越是垂直，越贴近第一个色值，而角度处于中间部分，就开始在色值上面均匀取色。

而Fresnel很大程度就是在扮演菲涅尔效应的角色，变化永远围绕着那个菲涅尔效应的光环去实现影响：

想看更加清晰的对比，我们把ColorRamp提升到三个色值变化（啊啊颜色随便取的，意在做测试，有点丑orz）：

仍旧是左边Fresnel右边Facing，这样差别就超级明显了！！Fresnel边缘一点，Facing是全局的变化。

可以参考这篇文章，相信你会对面权重节点有更加清晰的认识：Blender着色器节点教程 —— Layer Weight

层权重-Facing节点其实在Blender是很常用的，怎么在代码里用函数表示呢？实际上就是一个将n*v值原原本本作为一个影响因子输出了，比较下来Fresnel输出公式需要有额外的乘法去拟合菲涅尔效应。感兴趣的话可以关注我后面的uniyt shader实现篇！

接着回到我们的水墨节点部分。

擅用Noise和ColorRamp

首先，层权重输出面朝向+ColorRamp：

和NoiseTexture，

二者Add一下：

这很好理解吧，白的通道都是1，黑的0，0+0=0，0+1=1，所以中间白起来了！

接着ColorRamp一下，给他边缘颜色加深，当作遮罩：

接着又老操作，NoiseTexture+ColorRamp搞了两个颜色：

用上面的遮罩Mix这两个效果Color，暗一点的作为第一个Color，亮一点的第二个，效果的话就会是遮罩黑色部分（0）完全取第一个Color，白色部分完全取第二个Color，中间的取二者mix的过渡，最后的效果就会是：

和描边效果混合

还记得最开始的两个Emission，一个是内色、一个是秒变色：

把上面实现的颜色作为内色，最后的效果就是：

有那味儿了有那味儿了！

4 加内描边

再次复用菲涅尔节点，拉个ColorRamp一下，内描边就有啦：

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这其实才是整个视频的前3min半，后面还涉及到了着色，打算先在Unity里做一遍看看！再继续。

2023.4.1更新：【Unity Shader】尝试复刻Blender实现的水墨效果

Unity里Shader复刻了一下，