ddx/ddy偏导相关小记

小记

对于ddx/ddy的理解:shader 中,fwidth 或者说 ddx/ddy 到底是什么意思? - 知乎

实际应用:使用了三插片方式的树叶,其与视线朝向垂直的面是我们想要看到的,但与视线方向接近同向的面就会比较碎。现在想要能把这些面剔除掉

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 ddx/ddy偏导相关小记_第2张图片(原神树,未剔除)

那么首先能想到的就是用N dot V来算夹角剔除了,但是这样是不行的。首先树叶整体的mesh为了保证光影变化连续我们会对其用平滑包裹模型传递法线信息。使用这个顶点法线信息的结果如下,很显然结果不是我们想要剔除的面。

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那么我们想要的法线是什么法线呢,我们想要的是一种“像素层面的,能表示面朝向的法线信息“。这时就需要用到上述偏导

偏导重建法线向量:关于unity shader中偏导重建法向量 - 知乎

 即通过世界坐标差值的向量cross重建法线信息,其输出如下

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左边是vertexnormalWS,右边是偏导构建的结果。(Ex:UE材质编辑器里的VertexNormalWS和PixelNormalWS是拿的顶点法线信息,不过是受不受法线图影响的区别,不要和这里说的偏导求的法线混淆)

可以看到右边的效果是非连续的,这也很容易理解,模型的每个面上的变化率是一致的,所以就得到了“面法线信息”。

那有人可能会问既然可以这样算法线,那不就能替代模型顶点法线和法线图么,答案显然是不行的。如图所见,这个信息和模型的面数关系很大。就比如这个这个球想要能达到左边vertexNormal差值的效果,就需要把模型面数加到很高的高模才行,这显然不合理。但是树叶模型这里能用的原因一是面数不高,二是面朝向角度相差很大。

所以树叶mesh使用了构建的法线来算就能筛选出需要剔除的面。(模型speedtree+SD)

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ddx/ddy偏导相关小记_第6张图片(剔除前后图)

可以看到,由于这里的树叶是有自投影的,而clip掉的部分对阴影效果也会有影响,这个就仁者见仁了。我这棵树叶面数不是很多,可能面数多的会更明显些。

同时这种方式对于forward管线友好,deffered会有些问题,不知原神是否是因为这个原因。

关于ddx/ddy重建法线在edge边沿上的artifacts问题 - neoragex2002 - 博客园

除开上述应用,当看到这个ddx/ddy/fdwidth的操作时,很容易联想到曲率,比如SD中我们获取边缘信息常用的curvature/curvatureSmooth这些节点,是不是也用到了类似方法呢,这里简单做了下尝试。

SD的curvature里用的emboss打光实现的,具体怎么算看不到。

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然后看到这里有一个求曲率的方式:

how to get smooth curvature - Unity Forum

但如之前所说,需要高面模型,而且SD处理的是贴图信息,并不需要fdwidth拿屏幕像素的信息。我们就直接用类似方式,不过是拿贴图像素信息实现下。

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比如这里有一个简单的凹凸面信息的法线图,使用该方式能筛选出边缘区域

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当然本身SD中的curvatureSmooth效果就比curvature好很多,相差很大。把这些计算放到引擎材质里算也没啥意义,只是尝试下,并不推荐。

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