Unity3d 描邊shader詳解

1.邊緣光方法(Rim Light)：
Unity官方教程裡有例子，其中核心是這兩句代碼：
 
half rim = 1.0 - saturate(dot (normalize(IN.viewDir), IN.worldNormal));
o.Emission = _RimColor.rgb * pow (rim, _RimPower);
IN.viewDir是當前視角向量，IN.worldNormal是物體的法線。dot是計算視角和法線的點積，等於視角和法線夾角的cos值，如：

圖片：sl7.jpg

 
Cos的範圍是1-0，1-cos就成了0-1，在夾角90度時達到最大值，正好用來類比側光的強度（與視角成90度的部分光線最強，就是邊緣光了）
把這個值的變動率用一個pow函數（rim的_rimPower次方）進行放大，就能強化邊緣發亮的效果。比較一下:

圖片：sl1.jpg

 
沒有經過Pow放大變動率的邊緣光，cos函數的變化是比較平緩的，造成大片地區被染色。

圖片：sl2.jpg

 
經過Pow函數放大變動率，就有了邊緣發亮的效果。這個圖大致體現了放大前後變動率的曲線：

圖片：sl14.jpg

 
 
這種邊緣光在複雜幾何形體的時候效果還是不錯的。

圖片：sl3.jpg

 

圖片：sl4.jpg

 
但是在平直的物體上，邊緣光就不見了

圖片：sl5.jpg

 
到了方形物體，幾乎很難看見了

圖片：sl6.jpg

 
很好理解，正方形每個面法線都是一個方向的，沒法體現出變化和輪廓了。
另外這種方法在描繪凹的幾何體時，凹的部分（包括法線貼圖造成的凹凸）的邊緣也都會被畫出來，並不是真正意義上的邊緣輪廓，就是一種側光效果。
該方法的好處是簡單，只要把官方的shader改寫，加上計算邊緣光的幾句，就能實現。要顯示的時候動態切換shader就可以。基本不需要代碼幹預，效率高。
 
2.單個物體輪廓渲染方法
這個方法實現比較複雜，只能介紹大致思路：
1.把要渲染輪廓的物體放在一個單獨的層裡
2.在層裡設定一個disable的攝像機，culling mask是渲染物體所在層。
3.主攝像機保持culling mask是everything
4.產生1個renderTexture
5.把那個disable的輔助攝像機用RenderWithShader方法，指定一個單色渲染的shader(只需要輪廓，不需要光照計算）渲染物體的輪廓到一個renderTexture
6.繼續用單色Shader,用Unity內建Blur類似的方法，把物體輪廓圖上下左右移動幾個像素，疊加在一起，得到一個比原來輪廓大，邊緣模糊的輪廓圖，存到一個臨時renderTexture
7.把大的輪廓圖和原始輪廓圖疊加，把中間清晰輪廓部分消除掉，就能得到一個完整帶透明度的輪廓圖。
8.在主攝像機的OnRenderImage裡，把這個透明輪廓圖和主攝像機渲染的映像進行alpha混合，就能產生一個完整並且不被遮擋的輪廓效果了。
效果:

圖片：sl8.jpg

 
明顯效果比側光好多了。不過這種方法開銷比較大，而且需要很多代碼的支援。
 
附上一個小Demo，包含了上述兩種方法。
滑鼠可以控制鏡頭平移、旋轉、縮放。滑鼠划過物體顯示側光效果，點擊物體顯示清晰輪廓效果，再次點擊效果消除。

圖片：sl9.jpg

 

圖片：sl10.jpg

圖片：sl11.jpg

可以設定邊緣顏色 和寬度 模糊度
目標按照材質進行分組以方便處理

圖片：sl12.jpg

 
變換成細線 綠色

圖片：sl13.jpg

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最佳化了代碼，減少了一組RenderTexture,這個東西還是很耗資源的，減少了計算的次數。
另外增加了一組模糊、裁剪一次完成的shader,資源上更節省，不過邊緣較模糊。
兩種演算法效果比較:

圖片：sl15.jpg

 
 多次模糊再裁剪的演算法，邊緣光滑，模型的鋸齒在邊緣線被光滑了，開銷略大

圖片：sl16.jpg

 
 一次同時模糊、裁剪演算法，邊緣較模糊，鋸齒也被等比放大，但開銷較省。
根據需要使用。
總體上因為是全屏效果，與被渲染物體數量無關，所以基本上顯示輪廓物體的多少不會影響效率。

附件裡包含兩種方法的代碼和shader。RimLight方法一個shader就能對應一種材質效果，不需要代碼支援。後一種方法需要代碼加shader，類似官方的Image Effect效果。