unity3d Human skin real time rendering 真实模拟人皮实时渲染 |
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unity3d Human skin real time rendering 真实模拟人皮实时渲染
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先放出结果图片。。。由于网上下的模型是拼的，所以眼皮，脸颊，嘴唇看起来像存在裂痕，解决方式是加入曲面细分和置换贴图进行一定隆起，但是博主试了一下fragment shader的曲面细分，虽然细分成功了但是着色效果变的很奇怪，这里就不用曲面细分了，大家如果有在fragment shader上用曲面细分的好办法，可以的话请告诉我
参数设置1
参数设置2 细致到毛孔的高光
次表面散射的耳朵
人皮渲染是十多年的课题了，人们想尽一切办法想让其变得真实可信，大型3A级次时代游戏近来做的又来越真实了如《罗马之子》，他们的皮肤自称已经超过了NVIDIA的例子
这是在2005年SIGGRAPH的多层皮肤渲染，他们的参数都是经过精密的医学上的测量的，而且渲染花费了5分钟的时间。。。
研究这个找了许多资料，在结合之前的知识弄出了一个看起来还算入眼的人皮 本例做到了以下几点 1. 次表面散射 2. 基于物理的渲染 包括specular和brdf等等，brdf我用了一张贴图调整曲率来代替，specular在之前这篇文章有详细讲解 链接在此3. 法线模糊 等等之类。。。
为什么皮肤渲染这么难？ 1. 大多数的漫反射光来自次表面散射 2. 皮肤颜色主要来自上表皮 3. 粉或红色主要为真皮中的血液 此图为人皮的组成模拟，人有好多层表皮，这就说明在真实情况下要进行数次折射与反射，这就更难达到真实 光的折射与反射  上图直观的表明了光线“被怎么样了” 光线接触到皮肤时，有大约96%被皮肤各层散射了，只有大约4%被反射 再说specular，人的皮肤会出油，所以就会有反射，但是人的皮肤不能像镜子那样反射，因为人的皮肤是粗糙的，在这种情况下用基于物理的（physically based）方法就最好不过了，没了解过physically based的看官们可以先了解下这篇文章和上面的一样  使用了之前试出效果最好的的方法，也就是使命召唤2中用到的的方法，同时试了下beckmann的方法，但是效果并不好，phong等方法也没有试 这里，我们的实现方法是这样的：
/*
*this part is compute Physically-Based Rendering
*the method is in the ppt about "ops2"
*/
float _SP = pow(8192, _GL);
float d = (_SP + 2) / (8 * PIE) * pow(dot(n2, H), _SP);
float f = _SC + (1 - _SC)*pow(2, -10 * dot(H, lightDir));
float k = min(1, _GL + 0.545);
float v = 1 / (k* dot(viewDir, H)*dot(viewDir, H) + (1 - k));
float all = d*f*v;
float3 refDir = reflect(-viewDir, n2);
float3 ref = texCUBElod(_Cubemap, float4(refDir, _nMips - _GL*_nMips)).rgb;
然后发现尽管gloss调到最大也没有达到我们预期的那种效果， 又进行了 “智能补光” 也就是常规的求高光的方式，我们在此加入了高光贴图，不让不该高光的地方（如眉毛）产生高光 float specBase = max(0, dot(n2, H)); float spec = pow(specBase, 10) *(_GL + 0.2); spec = lerp(0, 1.2, spec); float3 spec3 = spec * (tex2D(_SpecularTex, i.uv_MainTex) - 0.1); spec3 *= Luminance(diff); spec3 = saturate(spec3); spec3 *= _SpecularPower; 
光经过哪，就带一部分那里的颜色，可以发现光从入射到出射，位置和方向都变了 光走的路径数量是无穷大，光反射回来的都为漫反射，油脂表面的透明度也都是不一样的， 这就产生了次表面散射  NVIDIA在GDC2007年的演讲中提到把图像blur个六遍达到柔和的次表面散射效果 每次blur都是在不同的颜色通道以不同的范围和程度进行blur  由于我们的贴图是这样的“高配”  用在本例上会丢失少许本来贴图上的细节，但是确实有一定的次表面散射效果，各位看官自行取舍，而且千万不要只做高斯模糊，这样的话细节会丢失更多，而且没有什么次表面散射的感觉
为了节省花销，省去了ppt中的rendering时blur，直接在ps上做了6张高斯模糊的贴图放入material，并线性混合
而且使人皮有了次表面散射的质感
光源在嘴里
改进了一下，变成了覆盖混合
float3 n1 = tex2D(texBase, uv).xyz;
float3 n2 = tex2D(texDetail, uv).xyz;
float3 r = n1 < 0.5 ? 2*n1*n2 : 1 - 2*(1 - n1)*(1 - n2);
r = normalize(r*2 - 1);
return r*0.5 + 0.5;就是法线1的法线比较深的地方，就多一些权重，比较浅的地方就被法线2适当覆盖，但是这样效果还是不够真实
在GDC2012的Mastering DX11 with unity中讲到了一种官方的办法如下：
float3x3 nBasis = float3x3(
float3(n1.z, n1.y, -n1.x), //绕着y轴+90度旋转
float3(n1.x, n1.z, -n1.y),// 绕着x轴-90度旋转
float3 (n1.x, n1.y, n1.z ));
n = normalize (n2.x*nBasis[0] + n2.y*nBasis[1] + n2.z*nBasis[2]);
得到的结果是这样的，是不是好了许多？
双方的细节程度都有很多提升， 他们用了一个basis来变换第二法线。具体可以看 这篇文章—链接 用AutoLight.cginc里定义的一个函数LIGHT_ATTENUATION求出光的衰减atten，atten在directional light中固定是1，在点光源中才有衰减效果，因为directional light在unity中是没有位置区别的，在哪里都一样。 fixed atten = LIGHT_ATTENUATION(i); 对于细节方面，如毛孔，在本例的贴图和法线贴图都很细致，已经包括毛孔和皮肤的纹路，如果贴图精度低还想要高细节的话，可以再贴上细节
全部可设置变量：
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