UE4-Fest-NPR笔记

24 Jan 2021 unreal fest NPR

UEFest2020上一篇关于NPR效果实现的演讲。

PPT在这里：https://www.slideshare.net/EpicGamesJapan/unreal-festext2020winter-npr

后面发现的视频在这里：https://www.youtube.com/watch?v=L1tC6wnub2k

npr是个很宽泛的概念，这边主要是讲ToonShader。

演讲的内容基于U4.25.4。

这边由于没有一个明确的生产目标，所以更多的关注流程的实现。

由于原始的PPT有很多思考和选择过程的记录，在这里会稍微重新组织下内容。

笔记是基于PPT制作的，后面虽然找到Youtube的视频，不过没找到时间从头看一遍……所以可能有的地方和视频说的不一样~

完成之后的效果：

角色名 :齋藤胡桃

原本是准备做来放到MarketPlace上去卖的，为了这次演示重新设计，全部重做了一下。

角色设计方案：

最初的目标：

不是实现单纯的CellShader，而是希望将一些插画绘制的手法融合进来。

希望是能够在相对较暗的空间中也能够很好的渲染出结果来。

引擎改造

和Unity不同，要在UE4实现渲染的改造是需要修改引擎代码的。

网络上也能找到一些改造UE4的Shading Model的方法介绍。

改造引擎主要的问题是实现方式很难和别人共享，改造后的版本只能内部使用。

重新编译C++和Shader的成本也很高，最大的麻烦是，引擎升级。

所以演讲中使用的制作流程没有对引擎进行改造。

基于向量

基于向量计算，使用蓝图和材质节点来达到目标。

参考的文章是这篇：https://unrealengine.hatenablog.com/entry/2019/12/01/000735

使用向量的内积来在材质节点中获取更多的信息。

光照向量

由于材质中的Light Vector只能在前向渲染中使用，所以在蓝图中写入到Material Parameter Collection中。

之后便可以使用法线与光照向量相乘来达到模拟计算光照的效果

前面的内积结果会在模型上生成灰阶的渲染值，使用这个值作为下一步的Mask的基础。上图比较简单，当前的渲染结果是这样的：

为了模仿通常ToonShader的效果，基于上面的内积的结果，总共计算了四个层的内容：

Shadow: 模拟阴影计算，连接到SubSurface
HightLight: 模拟高光，连接到Emmisive
RimLight: 连接到Emmisive
Patten: 连接到SubSurface

上面三种都是比较常见的效果，所谓的Patten，其实是模仿有的漫画里的那种网点图的感觉

对于用于计算基础的内积结果，根据贴图会采用不同的插值方式。

同时会按照需求使用一些其他的向量节点：CameraVector、ReflectionVector。

贴图提供的信息并不一定会按照0~1来插值，有的会设定为1.0是必然使用，而0~0.5才会插值，总之这个可以按照需求来进行灵活的控制，毕竟贴图是自己制作的。

阴影

用于模仿阴影计算：

效果是这样的：

高光

用于高光模拟计算，由于是连接到Emmisive，所以可以受到Bloom的影响。

最终结果是这样的：

RimLight

就是边缘高光，通常用Fresnel进行模拟的那个效果。

最终效果是这样的：

Patten

这个不是很常见，是用于模仿漫画的那种类似网点的感觉：

最终结果像是这样：

光照问题

光照模型选用的是SubSurface，虽然有尝试过Preintegrated Skin和Subsurface Profile，但是效果都有些微妙。

SubSurface存在一个问题，就是从上面来的DirectionalLight会对模型造成一种类似贯通的效果：

使用Mesh进行遮挡也无法取消掉这个效果，似乎是SubSurface光照模型的计算特性导致的。只能暂时放弃。

对于主导的DirectionalLight向上的时候，会出现阴影很重的感觉。只能通过限制光的角度，或者额外的打一些光来解决。

另外就是拟似计算的光照不够硬，通过调整自己的参数来解决：

『Shadow Bias 』=>『1.0 』
『Shadow Slope Bias 』=>『0.0 』
『Shadow Filter Sharpe 』=>『1.0 』

法线整理

脸部不需要阴影，所以对模型进行处理，让法线全部朝向一个方向。

这种处理方式参照的是：

GUILTY GEAR Xrd開発スタッフが送るアニメ調キャラモデリングTIPS

https://www.slideshare.net/ASW_Yokohama/guilty-gear-xrdtips-124324946

眼球高光

很强的那个高光是靠UnLit的材质内部计算出来的。

眼球有添加一个假的各向异性光照来提高立体感，根据光照的方向不同这个高光的位置会移动。

OutLine

没有使用PostProcess，而是在Blender里面制作了一个反转的Mesh，直接包含在骨骼模型里面。

此外还提供了以下的功能：

使用VertexColor来控制OutLine的粗细
轮廓线是带颜色的
根据摄像的距离调整粗细
根据FOV调整粗细

粗细控制基于Vertex Color，会使用Opacity Mask额外的处理，当数值小于0.1时，就不会绘制轮廓线。

不过主要的还是依靠将计算结果连接到World Position Offset进行的控制：

颜色则是通过UV查找基础颜色，并与另外准备的OutLine颜色进行叠加计算，实际进行的计算比较简单：

摄像的距离来调整Offset，这是通过内置的相机位置和Actor位置节点来计算的：

FOV也是类似的，直接用Hlsl的custom node去取出来：

TextureInline

最后还使用了TextureInLine的技巧，实际上并不在OutLine的计算中，只是专门的准备了贴图，用于模拟一些不是很容易计算出来的描画效果。

并不是单纯的打包在角色贴图里面，而是另外有一张贴图，可以动态的在叠加时对RGBA通道进行强弱和颜色调整。计算节点：

PostProcess

主要不是介绍UE4本身的pp，而是指希望达到的一些后处理效果，主要有

模造纸效果

パラフィン紙，一时找不到准确的术语翻译，就硬翻成模造纸吧。总之是一种纸，在上个世代的动画制作中用到。这种带颜色的透明的纸叠加到原画上，能够模拟出类似反光或者阴影的效果。

实现上使用了PP的Dirt Mask功能：

贴图使用黑白的就ok了。

柔光滤镜

Diffusion Filter

似乎是摄影术语，不是很明确是否采用了正确的翻译。虽然在镜片厂商看到的繁中译法是擴散濾光片，但是其他一些地方又似乎分类为柔光滤镜。不纠结了……

总之就是这样一种滤镜，会将光线进行柔和的扩散，对降低图像在高光区域的对比度非常有效。据说可以在摄影时消除脸部的毛刺和皱纹，不是很确定是不是一个东西~

参考的这里：https://twitter.com/monsho1977/status/670634806124920832

印象中虚幻应该也有模糊用的节点，可能有什么限制达不到需求吧。

Kuwahara滤镜

桑原道義老师所发明的平滑化用的滤镜。

能够让画面产生油画一样的效果，有利于让渲染结果看起来更接近动画的背景的感觉。

这边这篇介绍的很详细的实现方式：Unreal Engine 4 Paint Filter Tutorial。

其他PP特效

还列出了一些其他的后处理特效，应该都是默认的特效

Cinematic DoF
Lens Flares
Bloom
Exposure
Chromatic Aberration
Vignette Intensity
Color Grading LUT
Motion Blur
etc …

总结

总之在不使用自定义引擎特效的情况下达到了一开始设定的ToonShader的效果。