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好久没写博客了，一定是由于课程作业比較多，一定不是由于我懒，恩恩。
三个月曾经。在一篇讲卡通风格的Shader的最后。我们说到在Surface Shader中实现描边效果的弊端。也就是仅仅对表面平缓的模型有效。这是由于我们是依赖法线和视角的点乘结果来进行描边推断的，因此，对于那些平整的表面，它们的法线一般是一个常量或者会发生突变（比如立方体的每一个面）。这样就会导致最后的效果并非如我们所愿。例如以下图所看到的：
因此，我们有一个更好的方法来实现描边效果，也就是通过两个pass进行渲染——首先渲染对象的背面，用黑色稍微向外扩展一点，就是我们的描边效果。然后正常渲染正面就可以。
而我们应该知道，surface shader是不能够使用pass的。
在这篇里，我们就会学习怎样使用Vertex & Fragment Shader来实现上述的过程。非常显然。这样的一个过程包括了两个步骤——描边和正常的渲染。
最后的效果例如以下：
实现描边
在上一篇里，我们使用了边缘高光来实现描边。而这篇里，我们将使用一个单独的pass来得到一个更好的效果。这里说的“更好”指的是以下几个方面：
- 首先是对平整表面的适应性。如上面正方体的样例，这样的方法仍能够得到期望的效果；
- 并且这样的方法能够不破坏正面模型的逼真度。也就是说正面模型能够全然不受影响。与之产生对照的是上一篇中的方法，使用边缘光照来实现的描边效果会影响到正面模型的表面，即正面模型也会有强烈的描边效果，而这往往不是我们所期望的。
Cull Front
Lighting Off
我们先来看frag函数，因此它的工作非常easy！
就是输出黑色啦~当然假设你的描边不想要黑色能够在这里改写。
float4 frag(v2f i) : COLOR
{
return float4(0, 0, 0, 1);
}
然后，我们继续计算vert函数部分。我们将会沿着顶点的法线方法向外扩张该点来模拟描边。因此，我们须要在以下的结构体中声明position和normal属性：
struct a2v
{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
};
struct v2f
{
float4 pos : POSITION;
};
接下来。我们定义一个范围在0到1之间的_Outline的变量来控制描边的宽度。最后。vert函数例如以下：
float _Outline;
v2f vert (a2v v)
{
v2f o;
o.pos = mul( UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex + (float4(v.normal,0) * _Outline));
return o;
}
它的含义非常好理解：把原先的顶点位置v.vertex沿着v.normal的方向扩展_Outline倍后，再转换到投影平面上输出最后的屏幕位置信息。
为什么会有哪些非常大的黑色色块呢？这是由于眼睛和嘴巴是独立于身体之外的两个网格。它们各自使用了一个新的材质，而它们的深度关系是眼睛和嘴巴在身体的后面（被身体的皮肤包裹嘛），因此在渲染的时候身体的渲染输出像素会覆盖眼睛和嘴巴的部分，也包括身体的描边部分。也就是说身体的黑色描边会覆盖眼睛和嘴巴的正常渲染，而这不是我们所希望的。
一种暴力的解决方法就是直接关闭该pass的深度信息。即：
Cull Front
Lighting Off
ZWrite Off
这样一来。这个pass的结果是不写入深度缓存中的，而后面仅仅要有其它材质要渲染该点的像素就会覆盖它。这样的效果例如以下：
我们回忆为什么会出现眼睛和嘴巴那样的错误，是由于我们把描边的宽度调的太大了。我们之所以会这么做（当然这里我是有益的。。。），是由于有时候一些相邻顶点的法线指向非常不同，而为了得到我们想要的感性宽度，我们不得不调整的非常大。而上述过程的实质事实上就是把背光面的模型放大了而已，我们能够理解成它实际相当于一个新的黑色模型。这样放大的太过分了会发生什么呢？就是穿透和遮挡了。
扁平化背面
由于描边正是基于我们观察的角度而定的。因此，我们要把须要的变量都转换到视角坐标系下处理。这里面涉及两个变量——顶点的位置和顶点的法线。
- 把顶点位置转换到视角坐标系；
- 把法线转换到视角坐标系；
- 把转换后的法线的z值扁平化，即使其是一个较小的定值，这样全部的背面事实上都在一个平面上；
- 按描边的宽度放缩法线，并加入到转换后顶点的位置上，得到新的视角坐标系中的位置；
- 把新的位置转换到投影坐标系中。
v2f vert (a2v v)
{
v2f o;
float4 pos = mul( UNITY_MATRIX_MV, v.vertex);
float3 normal = mul( (float3x3)UNITY_MATRIX_IT_MV, v.normal);
normal.z = -0.4;
pos = pos + float4(normalize(normal),0) * _Outline;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_P, pos);
return o;
}
卡通化
弊端
但它也有自己的弊端。
最明显的就是。它无法和模型内部的褶皱加入轮廓。比如上面的小怪兽，仅仅有它最外层的边界才有轮廓线，但其内部的肥肉褶皱则无法体现。而这样的问题的解决方法。能够依靠第三种更高级的Shader来实现。详细请參见卡通风格的Shader（三）。
代码
每种都包括了三个pass：第一个pass处理背面进行描边，第二个pass处理正面的forwardbase，第三个pass处理正面的forwardadd。
然后是使用了法线纹理的Shader：
写在最后
和上一篇里的另一点不一样。上一篇里的渐变纹理使用了假的双向反射分布函数，即除了漫反射方向还有视角方向进行採样。这一篇里仅仅使用了漫反射方向对渐变纹理进行採样，相应的渐变纹理也是一维的。例如以下：
读者有须要的能够自己加入上视角方向的採样，也就是说在v2f里加入一个新的变量viewDir，然后逐顶点计算后传递给frag函数。假设我后面有时间的话可能会回头加入上。当然，大家还是靠自己比較好。