PrimoToon高级渲染技术：光照模型、法线映射与边缘检测详解

PrimoToon高级渲染技术：光照模型、法线映射与边缘检测详解

【免费下载链接】PrimoToonShader for Unity (Built-in Rendering Pipeline) attempting to replicate the shading of Genshin Impact developed by miHoYo. This is for datamined assets, not custom-made ones nor the MMD variants.项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pr/PrimoToon

PrimoToon是一款专为Unity内置渲染管线设计的着色器，致力于精确复现米哈游《原神》游戏中的卡通渲染风格。这款高级着色器通过创新的光照模型、精细的法线映射技术和智能的边缘检测算法，为游戏开发者和3D艺术家提供了实现高质量卡通渲染的完整解决方案。

🎨 PrimoToon渲染管线概述

PrimoToon采用模块化设计，将复杂的渲染流程分解为多个可配置的组件。核心渲染逻辑位于PrimoToon.shader文件中，而具体的计算实现则分布在多个HLSL文件中：

• 光照计算：PrimoToon-main.hlsl包含主要的光照模型
• 阴影处理：PrimoToon-shadows.hlsl处理阴影计算
• 边缘检测：PrimoToon-outlines.hlsl实现轮廓线渲染
• 输入处理：PrimoToon-inputs.hlsli定义着色器输入结构

🌟 创新的光照模型设计

PrimoToon的光照系统是其核心优势之一，它模拟了《原神》中特有的卡通光照效果：

1. 环境光照计算

环境光照通过calculateEnvLighting函数实现，考虑了场景中的全局光照和环境反射。在PrimoToon-main.hlsl中，环境光照被集成到最终的颜色计算中：

vector<fixed, 4> environmentLighting = calculateEnvLighting(i.vertexWS);

2. 面部光照特殊处理

对于角色面部，PrimoToon实现了特殊的光照算法。在PrimoToon.shader中，面部着色器可以通过_UseFaceMapNew属性启用，并使用专门的面部阴影贴图：

[SmallTexture]_FaceMap ("Face Shadow",2D)= "white"{ } _FaceMapSoftness ("Face Lighting Softness", Range(0.0, 1.0)) = 0.001

3. 阴影渐变控制

PrimoToon使用阴影渐变纹理（Shadow Ramp）来实现平滑的阴影过渡。在PrimoToon.shader中，相关参数可以精细调整：

[SmallTexture]_PackedShadowRampTex("Shadow Ramp",2D)= "white"{ } _LightArea ("Shadow Position", Range(0.0, 2.0)) = 0.55 _ShadowRampWidth ("Ramp Width", Range(0.2, 3.0)) = 1.0

🔧 高级法线映射技术

法线映射是PrimoToon实现表面细节的关键技术：

1. 法线贴图配置

在PrimoToon.shader中，法线映射系统提供了完整的配置选项：

[Toggle] _UseBumpMap("Normal Map", Float) = 0.0 [SmallTexture]_BumpMap("Normal Map",2D)= "white"{ } _BumpScale ("Normal Map Scale", Range(0.0, 1.0)) = 0.2

2. 切线空间处理

PrimoToon支持自定义切线导入，这对于保持《原神》模型的原生外观至关重要。项目提供了AverageNormals.cs脚本来重新生成切线数据。

3. 法线可视化

为了方便调试，PrimoToon内置了法线可视化功能。在PrimoToon.shader中，可以通过以下属性查看法线信息：

[Toggle] _ReturnNormalMap ("Show Normal Map", Range(0.0, 1.0)) = 0.0 [Toggle] _ReturnNormals ("Show Normals", Range(0.0, 1.0)) = 0.0 [Toggle] _ReturnRawNormals ("Show Raw Normals", Range(0.0, 1.0)) = 0.0

🖋️ 智能边缘检测系统

PrimoToon的边缘检测系统是其最突出的特性之一，提供了多种轮廓线渲染选项：

1. 轮廓线类型选择

在PrimoToon.shader中，用户可以选择不同的轮廓线生成方式：

[Enum(None, 0, Normal, 1, Tangent, 2)] _OutlineType ("Outline Type", Float) = 1.0 [Toggle] _FallbackOutlines ("Enable Fallback Outlines", Range(0.0, 1.0)) = 1.0 _OutlineWidth ("Outline Width", Float) = 0.03 _Scale ("Outline Scale", Float) = 0.01

2. 基于法线的轮廓线

当选择Normal模式时，轮廓线沿着顶点法线方向扩展。在PrimoToon-outlines.hlsl中，相关计算如下：

case 1: calcOutline *= v.normal; break;

3. 基于切线的轮廓线

对于某些特殊模型，使用切线方向可能产生更好的效果：

case 2: calcOutline *= v.tangent.xyz; break;

4. 距离自适应轮廓线

PrimoToon实现了智能的距离自适应算法，确保轮廓线在不同距离下保持一致的视觉宽度。在PrimoToon-outlines.hlsl中：

float distOutline = max(distance(_WorldSpaceCameraPos, o.vertexWS), 1); distOutline = min(distOutline, 10); calcOutline = calcOutline * distOutline;

5. 多材质轮廓线颜色

PrimoToon支持为不同材质分配不同的轮廓线颜色，在PrimoToon-outlines.hlsl中实现：

if(materialID == 2){ globalOutlineColor = _OutlineColor2; } else if(materialID == 3){ globalOutlineColor = _OutlineColor3; }

🎮 材质系统与特效

1. 材质ID系统

PrimoToon使用Lightmap的Alpha通道来存储材质ID信息，支持最多5种不同材质的区分。在PrimoToon-outlines.hlsl中：

fixed idMasks = lightmapTex.w; half materialID = 1; if(idMasks >= 0.2 && idMasks <= 0.4 && _UseMaterial4 != 0){ materialID = 4; }

2. 武器特效系统

对于武器模型，PrimoToon提供了溶解和图案特效。相关纹理资源包括：

• 武器图案：Eff_WeaponsTotem_Grain_00.png
• 武器溶解：Eff_WeaponsTotem_Dissolve_00.png
• 扫描图案：Eff_Gradient_Repeat_01.png

3. 金属度映射

金属度信息通过专门的金属贴图控制，如Avatar_Tex_MetalMap.png，实现真实的金属反射效果。

🛠️ 编辑器集成与配置

PrimoToon集成了强大的编辑器工具，位于Scripts/ThryEditor/目录中：

1. 材质编辑器

ThryEditor提供了直观的材质属性界面，支持实时预览和调整所有着色器参数。

2. 贴图打包工具

TexturePacker工具可以优化纹理资源，减少内存占用并提高渲染性能。

3. 本地化支持

编辑器支持多语言界面，配置文件位于thry_editor_locale.csv。

📊 性能优化技巧

1. 纹理压缩设置

根据README中的建议，所有纹理（除了渐变纹理）都应设置为Default类型、High Quality压缩并启用Mip Maps。

2. 颜色空间配置

为了准确复现《原神》的色彩，必须将Unity项目的Color Space设置为Linear而非默认的Gamma。

3. 切线数据优化

使用提供的AverageNormals.cs脚本可以优化模型的切线数据，提高渲染质量。

🚀 快速入门指南

1. 安装步骤

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/pr/PrimoToon

2. 基础配置

1. 将PrimoToon.shader应用到材质
2. 配置主纹理和光照贴图
3. 根据需要启用法线贴图
4. 调整轮廓线设置

3. 高级特性启用

• 启用面部着色器：设置variant_selector为Face
• 配置武器特效：设置variant_selector为Weapon
• 调整环境光照强度：修改_EnvironmentLightingStrength

💡 最佳实践建议

1. 模型准备

确保模型具有正确的UV布局和切线数据，这对于轮廓线渲染至关重要。

2. 纹理优化

使用适当的纹理分辨率和压缩设置，平衡视觉效果和性能需求。

3. 光照设置

在Linear颜色空间下配置场景光照，以获得最准确的颜色再现。

4. 轮廓线调试

使用内置的调试功能可视化法线和轮廓线，快速定位渲染问题。

🎯 总结

PrimoToon通过其先进的光照模型、精确的法线映射和智能的边缘检测系统，为Unity开发者提供了实现高质量卡通渲染的强大工具。无论是复现《原神》的视觉风格，还是创建独特的卡通渲染效果，PrimoToon都是一个值得深入研究和使用的优秀着色器解决方案。

通过合理配置各种参数和充分利用编辑器工具，开发者可以快速创建出视觉上令人惊叹的卡通风格渲染效果，同时保持优秀的运行时性能。

【免费下载链接】PrimoToonShader for Unity (Built-in Rendering Pipeline) attempting to replicate the shading of Genshin Impact developed by miHoYo. This is for datamined assets, not custom-made ones nor the MMD variants.项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pr/PrimoToon