https://blog.csdn.net/noahzuo/article/details/51162472

在游戲中，頭發(fā)一直是比較難以駕馭。頭發(fā)難的地方有三塊，一在模擬，二在著色，三在工具鏈適配。目前很多游戲的開發(fā)通常都會避免長發(fā)和散發(fā)，只采用短發(fā)。

但是哪怕是短發(fā)，其著色也是非常重要的一環(huán)。

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我自己也看到有不少團(tuán)隊的頭發(fā)完全使用貼圖來進(jìn)行著色。這樣的著色的優(yōu)點在于在特定的光照與攝像機(jī)角度下能夠有很精彩的表現(xiàn)，但是如果光照條件與攝像機(jī)角度變化后，頭發(fā)的表現(xiàn)就會非常怪異。

這篇博客介紹了Kajiya-Kay Shading，一種簡單而酷炫的頭發(fā)渲染著色器，原文傳送門。

Kajiya-Kay Model

Kajiya-Kay Model與其他Shading Model顯著不同一點的就是它使用的是發(fā)絲的切線而不是這一點的法線來進(jìn)行計算。在這個模型中，Specular N.H為：?

sin(T,H)speculartiy=1?dot(T,H)2????????????√speculartiysin?(T,H)speculartiy=1?dot(T,H)2speculartiy
而不是：?
dot(N,H)specularitydot(N,H)specularity

但是需要注意的是，Kajiya-Kay的著色模型需要比較正確的自陰影。否則相對來講會太亮。

Vertex Shader

VS沒有什么特別的，僅僅是將T, N, V, L, AO這些數(shù)值傳遞給PS。

Pixel Shader

• Diffuse Lighting.?
  Kajiya-Kay 的diffuse可以使用衰弱的N.L，也可以使用sin(T, L)。正如前面提到的，sin(T, L)需要有自陰影，否則會太亮。

• Specular Highlights?
  在Kajiya-Kay的著色模型中，我們有兩個偏移的Specular量，從而表現(xiàn)頭發(fā)的高光（下圖來自本人小妹的自拍）。?
  

Specular Highlights

為了產(chǎn)生沿著發(fā)絲方向偏移的高光，我們需要將切線沿著法線方向進(jìn)行一個偏移，如下圖：?

正向的偏移意味著向發(fā)根的高光偏移，而負(fù)向的偏移則意味著偏向發(fā)梢。

在這個著色模型中，我們通過一張紋理來表示偏移量：?

代碼如下：

float3 ShiftTangent(float3 T, float3 N, float shift) {float3 shiftedT = T + (shift * N);return normalize(shiftedT); }

發(fā)絲光照

在這個著色模型中，我們使用半角向量(half-angle vector)。用reflection與view向量也可以，但是會使Shader略顯復(fù)雜。

在兩個高光中，可以使用不同的顏色、specular exponent以及不同的切線偏移度。第一層高光可以直接計算，而第二層高光表現(xiàn)的主要是閃耀的情況——通過noise texture進(jìn)行調(diào)整。

代碼如下：

float StrandSpecular(float3 T, float3 V, float L, float exponent) {float3 H = normalize(L + V);float dotTH = dot(T, H);float sinTH = sqrt(1.0 - dotTH*dotTH);float dirAtten = smoothstep(-1.0, 0.0, dot(T, H));return dirAtten * pow(sinTH, exponent); }

值得一提的是，對于dirAtten這個變量的意義我一直不太了解，在stackoverflow上面找到了答案，傳送門。

最終代碼

float4 HairLighting (float3 tangent, float3 normal, float3 lightVec, float3 viewVec, float2 uv, float ambOcc) {// shift tangentsfloat shiftTex = tex2D(tSpecShift, uv) - 0.5;float3 t1 = ShiftTangent(tangent, normal, primaryShift + shiftTex);float3 t2 = ShiftTangent(tangent, normal, secondaryShift + shiftTex);// diffuse lightingfloat3 diffuse = saturate(lerp(0.25, 1.0, dot(normal, lightVec)));// specular lightingfloat3 specular = specularColor1 * StrandSpecular(t1, viewVec, lightVec, specExp1);// add second specular termfloat specMask = tex2D(tSpecMask, uv); specular += specularColor2 * specMask * StrandSpecular(t2, viewVec, lightVec, specExp2);// Final colorfloat4 o;o.rgb = (diffuse + specular) * tex2D(tBase, uv) * lightColor;o.rgb *= ambOcc; o.a = tex2D(tAlpha, uv);return o; }

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最終效果

以后會在Unreal Engine 4中實現(xiàn)Kajiya-Kay Shading……

<全文完>

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【头发渲染】Technical Artist的不归路 —— Kajiya-Kay Shading的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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