unity3d Human skin real time rendering 真实模拟人皮实时渲染

标签：shader   图形学   unity3d   human skin   physically-based   

参数设置1

参数设置2

细致到毛孔的高光

次表面散射的耳朵

人皮渲染是十多年的课题了，人们想尽一切办法想让其变得真实可信，大型3A级次时代游戏近来做的又来越真实了如《罗马之子》，他们的皮肤自称已经超过了NVIDIA的例子

 

这是在2005年SIGGRAPH的多层皮肤渲染，他们的参数都是经过精密的医学上的测量的，而且渲染花费了5分钟的时间。。。

2.    基于物理的渲染

3.    法线模糊

等等之类。。。

光的折射与反射
 


上图直观的表明了光线“被怎么样了”
光线接触到皮肤时，有大约96%被皮肤各层散射了，只有大约4%被反射

再说specular，人的皮肤会出油，所以就会有反射，但是人的皮肤不能像镜子那样反射，因为人的皮肤是粗糙的，在这种情况下用基于物理的（physically based）方法就最好不过了，没了解过physically based的看官们可以先了解下这篇文章和上面的一样
 
使用了之前试出效果最好的的方法，也就是使命召唤2中用到的的方法，同时试了下beckmann的方法，但是效果并不好，phong等方法也没有试
这里，我们的实现方法是这样的：

<span style="font-size:14px;">            /*
            *this part is compute Physically-Based Rendering 
            *the method is in the ppt about "ops2"
            */

            float _SP = pow(8192, _GL);
            float d = (_SP + 2) / (8 * PIE) * pow(dot(n2, H), _SP);
            float f = _SC + (1 - _SC)*pow(2, -10 * dot(H, lightDir));
            float k = min(1, _GL + 0.545);
            float v = 1 / (k* dot(viewDir, H)*dot(viewDir, H) + (1 - k));

            float all = d*f*v;
            float3 refDir = reflect(-viewDir, n2);
            float3 ref = texCUBElod(_Cubemap, float4(refDir, _nMips - _GL*_nMips)).rgb;</span>

			float specBase = max(0, dot(n2, H));
			float spec = pow(specBase, 10) *(_GL + 0.2);
			spec = lerp(0, 1.2, spec);
			float3 spec3 = spec * (tex2D(_SpecularTex, i.uv_MainTex) - 0.1);
			spec3 *= Luminance(diff);
			spec3 = saturate(spec3);
			spec3 *= _SpecularPower;

光经过哪，就带一部分那里的颜色，可以发现光从入射到出射，位置和方向都变了

光走的路径数量是无穷大，光反射回来的都为漫反射，油脂表面的透明度也都是不一样的，
这就产生了次表面散射

 
NVIDIA在GDC2007年的演讲中提到把图像blur个六遍达到柔和的次表面散射效果
每次blur都是在不同的颜色通道以不同的范围和程度进行blur
 
由于我们的贴图是这样的“高配”
 
用在本例上会丢失少许本来贴图上的细节，但是确实有一定的次表面散射效果，各位看官自行取舍，而且千万不要只做高斯模糊，这样的话细节会丢失更多，而且没有什么次表面散射的感觉

为了节省花销，省去了ppt中的rendering时blur，直接在ps上做了6张高斯模糊的贴图放入material，并线性混合

			float3 c = tex2D(_MainTex, i.uv_MainTex) * 128;
			c += tex2D(_BlurTex1, i.uv_MainTex) * 64;
			c += tex2D(_BlurTex2, i.uv_MainTex) * 32;
			c += tex2D(_BlurTex3, i.uv_MainTex) * 16;
			c += tex2D(_BlurTex4, i.uv_MainTex) * 8;
			c += tex2D(_BlurTex5, i.uv_MainTex) * 4;
			c += tex2D(_BlurTex6, i.uv_MainTex) * 2;
			c /= 256;

而且使人皮有了次表面散射的质感

			/*
			*this part is to add the sss
			*used front rim,back rim and BRDF
			*/

			float3 rim = (1 - dot(viewDir, n2))*_RimPower * _RimColor *tex2D(_RimTex, i.uv_MainTex);
			float3 frontrim = (dot(viewDir, n2))*_FrontRimPower * _FrontRimColor *tex2D(_FrontRimTex, i.uv_MainTex);

			float3 sss = (1 - dot(viewDir, n2)) / 50 * _SSSPower;
			sss = lerp(tex2D(_SSSFrontTex, i.uv_MainTex), tex2D(_SSSBackTex, i.uv_MainTex), sss * 20)*sss;

			fixed atten = LIGHT_ATTENUATION(i);
			float curvature = length(fwidth(mul(_Object2World, float4(normalize(i.normal), 0)))) /
				length(fwidth(i.worldpos)) * _CurveScale;  

			float3 brdf = tex2D(_BRDFTex, float2((dot(normalize(i.normal), lightDir) * 0.5 + 0.5)* atten, curvature)).rgb;

光源在嘴里

float3 n1 = tex2D(texBase,   uv).xyz*2 - 1;
float3 n2 = tex2D(texDetail, uv).xyz*2 - 1;
float3 r  = normalize(n1 + n2);
return r*0.5 + 0.5;

float3 n1 = tex2D(texBase,   uv).xyz;
float3 n2 = tex2D(texDetail, uv).xyz;
float3 r  = n1 < 0.5 ? 2*n1*n2 : 1 - 2*(1 - n1)*(1 - n2);
r = normalize(r*2 - 1);
return r*0.5 + 0.5;

float3x3 nBasis = float3x3(
    float3(n1.z, n1.y, -n1.x), //绕着y轴+90度旋转
float3(n1.x, n1.z, -n1.y),// 绕着x轴-90度旋转
float3 (n1.x, n1.y, n1.z ));

 n = normalize (n2.x*nBasis[0] + n2.y*nBasis[1] + n2.z*nBasis[2]);

得到的结果是这样的，是不是好了许多？

双方的细节程度都有很多提升，

fixed atten = LIGHT_ATTENUATION(i);

unity3d Human skin real time rendering 真实模拟人皮实时渲染

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原文地址：http://blog.csdn.net/wolf96/article/details/44459245