【unity shader】毛发材质、绒毛材质着色器

人生的前言：
许久未更新技术博客，这次也是很荣幸能够借助sorumi大佬的教程，重新捡起shader。
suorumi大佬的文章链接如下。
https://sorumi.xyz/posts/unity-fur-shader/

毛发材质的模型：
大家都知道传统光照模型下，单次渲染流程，难以满足很多特别材质的视觉效果要求。像毛发材质就是其中的一种，即便是有了纹理贴图的加成，那个僵硬的边缘都在表示这个东西跟软乎乎的绒毛不是一个东西。

实际上，绒毛材质的物理表现往往由多个层次组合体现。总结来说就是：逐层分布，越往上越稀疏。

毛发材质的渲染
根据这个特点，我们通过设置多个pass的方式，每一个pass绘制一层，从而实现出体积感的效果。具体而言，就是沿着物体的法线，逐步绘制每一层。在顶点着色器中让顶点坐标沿着法线方向，随着步数逐步外推，片元着色器中随着步数逐渐降低透明度。

顶点着色器计算顶点偏移的部分
_FurLength 毛绒长度参数，FURSTEP 表示当前层数 / 总层数，增加层数可以创造更精细毛发。

float3 P = v.vertex.xyz + v.normal * _FurLength * FURSTEP;
o.pos = UnityObjectToClipPos(float4(P, 1.0));

片元着色器的透明度计算部分
这里我也没太推明白为什么是 FURSTEP乘FURSTEP，_FurDensity值的设置主要影响绒毛的密度，_FurDensity值越大，绒毛材质显得更紧凑，反之显得更蓬松。

fixed alpha = clamp(noise - (FURSTEP * FURSTEP) * _FurDensity, 0, 1);

相对大的_FurDensity值的效果

相对小的_FurDensity值的效果，材质显得更软乎

在最终的渲染流程中，通过定义不同的FURSTEP实现多个pass渲染。

其他参数

1. _FurThinnesss

毛发细密度，主要调整绒毛的平铺程度，共同作用于最后的透明度计算，能够获取看起来更细致的绒毛效果。

fixed3 noise = tex2D(_FurTex, i.uv.zw * _FurThinness).rgb;
fixed alpha = clamp(noise - FURSTEP * FURSTEP * FURSTEP * _FurDensity, 0, 1);

_FurThinnesss值偏小的效果

_FurThinnesss值偏大的效果

2. _FurShading

毛发根部阴影，越靠近根部，由于遮挡效果，阴影越深。

fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv.xy).rgb * _Color;
albedo -= (pow(1 - FURSTEP, 3)) * _FurShading;

个人觉得_FurShading是这个shader里面比较有意思的参数，虽然数值上只能设置在一个较小的值范围内，不然很容易出现荨麻疹一样的效果（密恐人直呼害怕），也不知道是不是我这个贴图的问题。这里我录了一个gif来说明效果，gif展现了_FurShading值由小到大再到小的效果。

剩下的部分就是外力和边缘光，这两点在原文章里也有提及，这里就不附图展开了。
外力主要作用于顶点着色器，使顶点沿设定的方向发生偏移，模拟重力或者风力对绒毛影响的效果。

float3 P = v.vertex.xyz + v.normal * _FurLength * FURSTEP;
P += clamp(mul(unity_WorldToObject, _ForceGlobal).xyz + _ForceLocal.xyz, -1, 1) * pow(FURSTEP, 3) * _FurLength;

边缘光就是经典模型，共同作用于片元着色器的albedo。

half rim = 1.0 - saturate(dot(worldView, worldNormal));
albedo += fixed4(_RimColor.rgb * pow(rim, _RimPower), 1.0);

与经典光照模型的对比效果如下，可以看到多pass营造的体积感还是比较好的。
工程源码请参考附的链接。

绒毛贴图：
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