实现描边的几种方法

发表于 2022-07-05 更新于 2023-02-12 分类于卡通渲染

卡通渲染中，常常需要描边的效果。这里记录一下遇到的几种产生描边效果的方法。包括《Unity Shader入门精要》12、13章提到的两种方法，与另两种离线的方法。

描边效果

美术风格有很多种，其中日式和美式有种完全不同的风格，国风更有其独一无二的特点。美式动画的代表风格之一为皮克斯风格（如下图右所示），日式动画的代表风格之一为宫崎骏风格（如下图左所示）。

日式动画常基于二维美术风格表示，在色块外有着明显的边缘来区分形状，描边是这种风格的特点。当然，随着各种不同风格的碰撞与发展，描边成为各种不同美术风格的重要元素了(如下图所示)，具体的描边效果，随着风格的不同而有区别。本文记录一下遇到的几种实现不同风格描边的方法。

利用图像处理中的边缘检测算子，检测图像中的边（像素值跳变大的点视作边）。

在法一中，边缘检测算子只在原渲染图像中卷积，采集的边只是色块相交处的边缘，而不是实际物体的边缘。改用深度纹理（或者深度法线纹理）进行卷积，能够检测出深度跳变大的点，而往往是物体的实际边缘（如下图所示，图片来自乐乐的教程）。因此这种方法更为常见。

这种方法思路比较简单，通过两个Pass实现描边的效果，详见这篇blog。第一个Pass在摄像机空间中沿着法线方向扩大顶点坐标，将对象渲染成黑色，且只渲染背面；第二个Pass正常渲染，且只渲染正面。这样叠加两个通道就得到了具有描边的效果。

这种常用于离线的边缘检测，对模型的所有边进行判断，判断是否是边缘（边的相邻三角形与视角的点乘正负，一正一负则为边）。这种方法常用于一些需要风格化边缘的情况。因为将边的信息提取出来后，可以用shader对边进行风格渲染。