[置顶] unity3d Human skin real time rendering 真实模拟人皮实时渲染([置顶]津鱼.我爱你)

发布时间：2024-02-27

先放出结果图片。。。由于网上下的模型是拼的，所以&#;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

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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&#;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。。。

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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%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：

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

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GDC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

我们同时也起到重要作用的是边缘光rim和brdf，使用了BRDF最明显的好处是，Brdf贴图间接控制了明暗交界线的颜色，可通过曲率控制，模拟了光与阴影交界处光对皮肤的反射与折射，如果全黑的话说明光只是普通的漫反射。

而且使人皮有了次表面散射的质感

对于rim的话添加了前向rim和后向rim其实本质上还是rim，后向rim使用了白色的图片产生一种玉质的感觉（好吧其实更像羊羹），前向rim使用了红色的图片，相当于添加了光线在血液层的散射，让人的脸蛋有了真实的血色这是次表面散射的结果：

光源在嘴里

像不像把手指或者耳朵放在手电筒前面的那种效果？那就是次表面散射需要一张Intense strips贴图来混合原有颜色，方法就是在点光源情况下，求出当前点与点光源的距离，距离越近就越亮关于法线，用了一种新的混合方式，这样能保有更多法线细节，这里简单讲解一下法线混合，大家可能用过这种方式来混合两个法线贴图，这种线性的方式折中了两个贴图，得到的细节权重是平均的，效果并不好，得到的是这样的结果改进了一下，变成了覆盖混合就是法线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GDC的Mastering DX with unity中讲到了一种官方的办法如下：

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。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：

全部代码已共享至GitHub链接 ---- by wolf

Unity3D游戏之游戏日志打印游戏运行之时打印日志，方便我们查bug，下面我说说自己项目的日志系统怎么弄。日志等级分别为LogLevel.DEBUG,LogLevel.INFO,LogLevel.WARNING,LogLevel.ERROR,LogLevel.C

Unity Batch 对 Vertex Shader 产生影响今天用VertexShader来实现旗帜飘动，本来设想旗帜是在旗面的法线方向上下飘动的，所以在模型坐标系下给vertex.z加上一个随时间变化的sine波。简化如下

正弦波近似在做一些游戏效果的时候经常需要用到正弦波，它平滑又有周期性，但是sin的计算开销略大。作为优化，在GPUGem上看到一个用三次函数平滑三角波得到

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