《Introduction to 3D Game Programming with DirectX 9.0》的2.5节介绍了一种简易的卡通渲染方法:
卡通渲染是一种特定类型的非写实渲染(non-photorealistic rendering),有时被称作风格化渲染(stylistic rendering)。
卡通渲染主要有两个特征:
1.明暗间过渡是不连贯,非平滑过渡。
2.轮廓边一般会被勾出。
要实现卡通着色,我们采用Lander在2000年3月发表在Game Developer Magazine的文章“Shades of Disney: Opaquing a 3D World”中所描述的方法。它像这样工作:我们创建一个带强度级别的灰度纹理,它包含我们需要的不同的着色强度。图2.3显示了我们在样例程序中使用的这个纹理。
![](/images/cnblogs_com/pointer/CSDN_Dev_Image_2004-5-132029552.gif)
图 2.3:用来保存着色强度的着色纹理。注意观察不连续的着色间过渡和纹理着色强度必须从左到右增加。
然后在顶点着色器中,我们执行标准散射点积运算(standard diffuse calculation dot product)来确定顶点法线N和光线向量L之间角度的余弦,用以确定顶点接收到多少光线:
s=L·N
如果s<0,就表示光线向量和顶点法线之间的角度大于90度,也就表示该表面接收不到光线。因此,如果s<0,我们就让s=0。所以s ∈ [0, 1]。
现在,在通常的散射光照模型中,我们使用s来标记颜色向量,这样顶点颜色就根据接收到的光照的量变暗:
diffuseColor = s(r, g, b, a)
但是,这将会导致从亮到暗之间着色的平滑过渡。这是与我们期望的卡通着色相反的。我们想要一个(对卡通渲染在两至四种着色间工作良好的)在一些不同着色间的不连续的过渡。
反其道而行之,不使用s来标记颜色向量,我们准备使用s作为早先提到的强度纹理的u纹理坐标——如图2.3。
注意:标量(scalar)s必定是一个有效的纹理坐标,因为s ∈ [0, 1],这是通常纹理坐标的区间。
按这种方式,顶点不会被平滑着色,而是不连续的。例如,强度纹理可能被分成3种着色。
注意:我们还为卡通着色关闭了纹理过滤,因为这种过滤会试图使着色过渡变平滑。这对于我们要求的不连续过渡是多余的。
下面是HLSL相关代码
// File: toon.txt
// Desc: Vertex shader that lights geometry so it appears to be
// drawn in a cartoon style.
![](/Images/OutliningIndicators/None.gif)
//
// Globals
//
extern matrix WorldViewMatrix;
extern matrix WorldViewProjMatrix;
extern vector Color;
extern vector LightDirection;
![](/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif)
static vector Black =
{0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f};
![](/Images/OutliningIndicators/None.gif)
//
// Structures
//
![](/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif)
struct VS_INPUT
{
vector position : POSITION;
vector normal : NORMAL;
};
![](/Images/OutliningIndicators/None.gif)
![](/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif)
struct VS_OUTPUT
{
vector position : POSITION;
float2 uvCoords : TEXCOORD;
vector diffuse : COLOR;
};
![](/Images/OutliningIndicators/None.gif)
//
// Main
//
![](/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif)
VS_OUTPUT Main(VS_INPUT input)
{
// zero out each member in output
VS_OUTPUT output = (VS_OUTPUT)0;
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
// transform vertex position to homogenous clip space
output.position = mul(input.position, WorldViewProjMatrix);
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
//
// Transform lights and normals to view space. Set w
// components to zero since we're transforming vectors.
// Assume there are no scalings in the world
// matrix as well.
//
LightDirection.w = 0.0f;
input.normal.w = 0.0f;
LightDirection = mul(LightDirection, WorldViewMatrix);
input.normal = mul(input.normal, WorldViewMatrix);
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
//
// Compute the 1D texture coordinate for toon rendering.
//
float u = dot(LightDirection, input.normal);
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
//
// Clamp to zero if u is negative because u
// negative implies the angle between the light
// and normal is greater than 90 degrees. And
// if that is true then the surface receives
// no light.
//
if(u < 0.0f)
u = 0.0f;
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
//
// Set other tex coord to middle.
//
float v = 0.5f;
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
output.uvCoords.x = u;
output.uvCoords.y = v;
![](/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif)
// save color
output.diffuse = Color;
return output;
} 两点注解:
1 我们假设世界矩阵没有执行任何缩放。因为如果它执行,它就会弄乱乘以它的顶点的长度和方向。
2 我们总是设置v纹理坐标为纹理的中点。这意味着我们仅使用纹理中一条单一的线,那就是说我们可以使用1D强度纹理来代替2D的那个纹理。不管怎样,1D和2D纹理都能工作。本例中,我们使用了2D纹理而不是1D纹理,这是没有什么特别的原因的。