GenshinCelShaderURP

这是什么？

这是一个基于Unity引擎URP管线的卡通渲染项目。经过一段时间的修改，它已经发展成了一个集成式的解决方案。整体技术难度不高，主要是整合了各位大佬的工程，进行了一段时间的效果调研，取其精华并将其整合封装到一套shader中。目前shader仍然使用unlit，未来计划转向lit。本着开源分享的精神，我决定将这个项目分享给大家，也希望通过开源的方式提高代码质量。我们的目标是创建一套能够还原原神角色卡通渲染风格的渲染库，在保证易用性的同时保持扩展性，同时兼顾PC端、移动端和主机端的兼容性、性能和效果。

安装与使用

只需将/Shaders/GenshinCelShaderURP/路径下对应版本的文件夹解压到你的Assets中，即可在材质球中看到添加的shader。在开始之前，你至少需要准备以下贴图。如果不知道如何获取它们，可以参考B站 @小二今天吃啥啊的这个教程，链接

(1)RGBA通道的身体Base Map (2)RGBA通道的身体Light Map(ILM Map) (3)身体Shadow Ramp (4)面部Base Map (5)面部阴影SDF阈值图 (6)头发Base Map (7)RGBA通道的头发LightMap(ILM Map) (8)头发ShadowRamp (9)面部阴影Mask (10)金属光泽Map

贴图示例

身体部分：
脸部的特殊处理：

支持

关于shader兼容性（通用性），目前仅限于在URP的Forward渲染管线中工作。如果需要在延迟渲染管线中使用，请自行设置Render Objects。

PS. 不同游戏开发商对ilm贴图的处理方式略有不同，可以根据自己的需求进行修改和定制。理论上，只要有ilm（表现物体阴影、高光及反射面）和脸部sdf阴影阈值图，都可以使用该shader。值得注意的是，《崩坏3》旧角色的ilm贴图制作方法与新角色略有不同，没有alpha通道控制ramp采样区域，效果会稍差一些，这可能需要各位手动调色。

示例模型

示例用的模型和贴图附在/Model路径下，模型来源：模之屋，链接。可以用于结合我的shader进行测试，模型的最终解释权归mihoyo所有，切勿商用。

生成渐变纹理工具

这个配套工具用于在Unity编辑器中创建适用于该着色器的渐变纹理，可以根据自己的需求定制渐变颜色，具体使用方法可参考这里

关于渐变纹理

让我们回到卡通渲染的本质——将色彩从多个色阶降低到较少的色阶，减少色阶的丰富程度，从而实现类似手工着色的效果，通俗地说就是对光照进行色阶化。卡通渲染有两种常见的做法，一种是计算光照强度后去采样一张渐变贴图，另一种是使用数学计算去拟合渐变贴图。而采样渐变贴图的方法提供了更多的可控性，且更加直观，而且开销并没有增加太多。

图为使用渐变纹理后的阴影效果

half3color = lerp(_ShadowColor, _Color, ramp );

这是一种称为漫反射扭曲（Diffuse Warp）或扭曲漫反射的方法，该方法中使用了渐变贴图（Ramp Texture）。

贴图如上所示。

《军团要塞2》率先使用了这种着色方法，具有重要的历史意义。它不仅能表现鲜明的明暗对比，还能呈现柔和的明暗过渡。我也经常使用这种方法。

相关资料 - https://steamcdn-a.akamaihd.net..

大家可以结合上面的渐变贴图和下方的实现效果一起观察，就能理解渐变贴图是如何影响最终结果的。我们可以这样理解：在采样渐变贴图时，将半兰伯特值应用于UV坐标上，当半兰伯特值较暗时，映射到纹理的左侧；当值较亮时，则映射到纹理的右侧。

除了将横轴对应半兰伯特值的方法外，我们还可以通过灵活处理纵轴来获得不同的效果。例如，在不考虑性能开销的情况下，使用多层"3D渐变"图对阴影和高光进行三次采样，实现三层效果的叠加，并使用外部参数实时调整颜色，做到所见即所得。我们还可以将采样的Y值与各种参数结合，比如以视角与法线的夹角值按Y轴采样，综合实现类似菲涅尔现象的卡通渲染效果。

如在《崩坏3 MMD》中，利用顶点颜色绘制（Vertex color painting），将UV的Y轴映射到顶点颜色值，直接调整软硬明暗效果。（需要注意的是，MMD shader和游戏内shader的实现方式有所不同。）

在《DOTA2》中，还额外使用了一张漫反射扭曲遮罩纹理（Diffuse Warp Mask）。

被遮罩的部分通过采样渐变图来实现明暗渐变。将采样坐标值存入顶点色中有助于优化。

原神相比崩坏3（崩坏3第二部似乎也采用了类似的技术），在漫反射基础色上增加了渐变阴影来实现漫反射效果。在卡通渲染这类非真实感渲染（NPR）中，我们通常会通过冷暖色调分离、硬化阴影边缘等多重手段来达到风格化的目的。例如《原神》这种利用ILM贴图配合渐变纹理实现色调控制的方法，其实早在几年前的《罪恶装备Xrd》中就已经存在类似的实现了。《罪恶装备》和《崩坏3》同样延续了这种思路，只不过在原神中使用了一张单独的2D渐变纹理。在原神中，角色的反照率（Albedo）颜色本身并不依赖于任何光源（也可能是通过后期处理实现，这一点不太确定），而是通过采样渐变颜色（RampColor）来实现。漫反射的暗部由diffuse * RampColor得到，亮部则为diffuse。根据光照贴图（LightMap）的alpha通道不同值域，选择渐变图中的不同层。

原神的Ramp使用了十行一维的Ramp，分为上下五组，分别代表暖色调阴影和冷色调阴影，对应游戏中白天和黑夜使用的两种Ramp。每五组之间通过Ramp Range贴图进行区分，以让不同材质的物体使用不同的Ramp贴图表现不同的材质。Ramp有两张，头发和身体各一张，共10层，分上下两部分，前5行为暖色调阴影，后5行为冷色调阴影，对应夜晚与白天。结合diffuse实现整个Albedo颜色。如下图。

这种做法的优点显而易见，首先是节省性能，因为漫反射的颜色部分不需要参与任何光照计算，亮部就是贴图颜色，阴影颜色已经以贴图形式预先绘制，只需要后期根据光源方向控制阴影位置即可。其次是美术可以更加灵活地控制阴影颜色和明暗过渡，便于实现更复杂的风格化效果。缺点是对美工的要求非常高。

注：《原神》角色ramp图与常规Ramp贴图的不同之处在于——一般的Ramp明暗交界线在0.5的位置，但这个在接近最右边的位置，去除了一些变化不大的亮部部分，既节约了带宽，又保证了美术的操作空间不受限制（压缩Ramp贴图降低采样）。

采样思路：以下是针对该贴图每一行作用的描述：对于y轴，思路是根据LightMap.a通道，结合光照模型（halflambert）的范围，分层采样ramp图赋予漫反射颜色。我们采样的像素分为冷暖两种色调，以适应白天和夜晚不同的光线环境。为了实现冷暖色调切换，我们要通过shader_feature来进行采样的切换，直接用if语句在inspector中进行调整即可。

对于x轴，根据原来的lambert值，做smoothstep重映射，只保留0到一定数值的渐变，而大于这一数值的全部采样ramp最右边的颜色。这样既可以保留阴影色的过渡，又可以形成硬边，将明暗很好地区分开来（形成硬边）。

最后补充一下原神内ilm贴图各通道的作用：

LightMap.r：高光类型Layer，根据值域区分不同的高光以及matcap金属高光。

LightMap.g：阴影AO ShadowAOMask，可以理解为二级阴影，也就是不随光照方向变化的常驻阴影。

LightMap.b：BltMap.a：Raask SpecularIntensityMa制漫反射暗部颜色。

LightMap.a：Ramp类型Layer，根据值域选择不同的Ramp（控制漫反射暗部颜色，非常重要，待会介绍）

VertexColor.g：Ramp偏移值，值越大的区域越容易"感光"（在特定角度偏移光照明暗）

VertexColor.a：描边粗细

致谢

感谢以下大佬们提交的代码（排名不分先后）：

1、Zzzzohar（Generate Ramp Texture Tool） https://github.com/Zzzzohar/Ramp-Tools

2、ashyukiha（shader菲涅尔边缘光、sdf面部阴影、Emission、Bloom、AlphaClipping） https://github.com/ashyukiha/GenshinCharacterShaderZhihuVer

3、ColinLeung-NiloCat（shader卡通轮廓线） https://github.com/ColinLeung-NiloCat/UnityURPToonLitShaderExample

4、YuiLu（shader ramp漫反射及纹理采样、头发修剪视角高光、金属高光、屏幕空间深度等宽边缘光） https://github.com/YuiLu/GenshinCharacterShading

5、T.yz（知乎）（v3版本漫反射模块，包括ramp采样、混合、光照模型、环境光遮蔽等） https://zhuanlan.zhihu.com/p/547129280

使用规则

为了规范项目的使用，你可以将其用于... 学习卡通渲染相关知识、了解HLSL基本语法结构、个人独立游戏开发（相关代码需要遵循MIT许可进行开源）、根据自己需求定制修改源码、MMD等影视制作（如要使用此shader时请在片尾或简介中署名Thanks名单中的名字（可以不写我的名字））

请不要用于... 1 禁止用此模型参与任何商业性质活动和内容制作 2 禁止用此模型参与18禁作品，极端宗教宣传，血腥恐怖猎奇作品，人身攻击视频、暴力、色情、反社会、政治的内容制作 3 禁止对此模型进行侮辱性或猎奇的改造 4 允许对shader的全部代码进行改造，但须始终保持署名（Thanks名单当中，使用哪些作者们代码请把他们署名） 5 禁止个人之间以任何形式的二次配布（即二次传播项目文件） 3 未获得原作者许可，禁止用于商业用途（交易售卖/商业广告类宣传视频等） 5 仅允许使用本场景制作MMD视频，禁止用于其他领域（VRCHAT/游戏MOD等） 6 其他违反GPL开源许可证的行为

在遵守第五则的前提下，允许对此shader二次配布，同须始终保持署名为Github/Gaolingx

链接

欲了解更多作者相关信息欢迎访问：米游社@爱莉小跟班gaolx、Bilibili@galing2333

结语

最后，希望大家玩得开心，这个项目将持续进行更新，如果对我们的项目感兴趣记得给一个star，这便是对我们最好的鼓励与支持。由于本人仅仅是高三的学生，编程水平有限，如有不足之处希望谅解。如果你针对shader部分有任何好的想法、意见或建议，欢迎在Issues中讨论或者提交你的PR。也可以通过邮箱联系我（gaolingxiang123@163.com）。如果你觉得我的作品值得赞赏，我将非常感谢你的赞助。