# 资料整理

## 凹模型
直接贴图即可。
折射
模型高光

## 凸模型
1. 使用视差贴图来控制瞳孔效果 + 折射模拟
```
float2 viewL = mul(viewW, (float3x2) worldInverse);
float2 offset = height * viewL;
offset.y = -offset.y;
texcoord -= parallaxScale * offset;
```
![](https://pic2.zhimg.com/v2-80c97cefce517b57de36593a44425ce5_r.jpg)

2. Physically based refraction
```c++
// 角膜区域突起的模型
// Alternatively, use a displacement map
// height = max(-positionL.z – eyeIrisDepth, 0.0); 

// 球形模型
// Plot[Max[1.0 - 18.4 * r * r, 0.0], {r, 0, 0.3}]
height = anteriorChamberDepth * saturate( 1.0 - 18.4 * radius * radius ); 

// refractedW
float w = n * dot( normalW, viewW );
float k = sqrt( 1.0 + ( w - n ) * ( w + n ) );
float3 refractedW = ( w - k ) * normalW - n * viewW;

float cosAlpha = dot(frontNormalW, -refractedW);
float dist = height / cosAlpha;
float3 offsetW = dist * refractedW;
float2 offsetL = mul(offsetW, (float3x2) worldInverse);
texcoord += float2(mask, -mask) * offsetL;
```
![](https://pic2.zhimg.com/80/v2-e14db6acc5d6f7400009c2a3ff3e2b89_720w.jpg)

代码中首先计算了height，即前房的高度，PPT中height有两种计算方式，分别对应两种眼睛的模型结构，对应的结构写在注释中了。
然后计算了refracted，这个是rtr中快速拟合的计算方法，n是空气与介质折射率的比值，关于refracted的推论可以参考：
YivanLee：虚幻4渲染编程(人物篇)【第三卷：Human Eye Rendering】
[129 赞同 · 12 评论文章](https://zhuanlan.zhihu.com/p/151786832)

最后一段，先通过frontNormalW与refractedW的点积计算出α角的cos值（上图中的α应该是标识错误，α是-refractedW与frontNormalW的夹角）。然后已知height，通过比值可以计算出refractedW的模长dist。offsetW即为完整的refractedW向量。最后转换到本地空间，乘上眼睛的Mask，加到原本的UV上。
之后就是使用偏转后的UV去采样贴图了。
与视差相同，这里也是在本地与世界空间中进行的计算，同样会有轴向问题，主要是normalW、viewW和frontNormalW参与的计算，normal与view可以转换到切线空间计算，而frontNormalW代表的是模型向前的朝向，这个必须要指定，不过图方便的话，把frontNormalW改成切线空间法线也不是不可以。

### 多层复合模型
樱花大战cedec2020分享：https://blog.ch-wind.com/cedec2020-new-sakura-wars-note/

>本作的眼睛分为三个部分，眼白的部分是一个内凹的形状，瞳孔的部分则分为了向内凹的部分和向外突出的部分。
![](../../public/UrealEngineNPR渲染实现/樱花大战眼睛效果.png)

>瞳孔的高光叠加在其突出的半透明部分上。根据摄像角度的不同，各个部分的贴图会分开进行移动，使得在哪个角度高光都能处在一个刚好的位置。
控制上，有针对高光上下左右的移动强度与控制移动范围的参数共同作用。

![](../../public/UrealEngineNPR渲染实现/樱花大战眼睛贴图.png)
>从左边开始，是作为基础颜色的Albedo，以及用于Mask瞳孔的Alpha贴图，用于在Albedo上进行叠加的spt贴图，以及两张瞳孔高光，以及反应环境的matcapture贴图。
虽然很多动画风格的渲染中会省略掉瞳孔中的虹彩部分，但是本作为了提高角色靠近时的效果，进行了详细的绘制，同时为了体现环境的变化与matcap的贴图进行叠加。
高光贴图有两张，分别使用不同的UV动画进行控制，用于表现眼睛的湿润感。虽然是很细微的操作，但是对于表现角色的感情非常的有用。

![](../../public/UrealEngineNPR渲染实现/UntiyChanSSS_Eye.jpg)
SunnySideUp UnityChan

### 其他效果实现
#### 眼睛高光效果
1. 贴图高光。使用事先绘制的高光形状贴图，贴到最外面的。并且使用ViewDirection来控制。设定4个UV Coord, 根据 View=》眼睛的本地坐标系=》Normalize后的向量进行插值。 
2. ~~PBR的思路~~

#### Matcap反射效果
Matcap材质+球形法线贴图
```c++
float3 NormalBlend_MatcapUV_Detail = viewNormal.rgb * float3(-1,-1,1);
float3 NormalBlend_MatcapUV_Base = (mul( UNITY_MATRIX_V, float4(viewDirection,0)).rgb*float3(-1,-1,1)) + float3(0,0,1);
float3 noSknewViewNormal = NormalBlend_MatcapUV_Base * dot(NormalBlend_MatcapUV_Base, NormalBlend_MatcapUV_Detail) / NormalBlend_MatcapUV_Base.b - NormalBlend_MatcapUV_Detail;                
float2 ViewNormalAsMatCapUV = noSknewViewNormal.rg * 0.5 + 0.5;
```

#### 焦散效果
>焦散的表现反倒简单了，直接画在眼睛贴图上都可以，考虑到卡通表达的自由性，焦散是否存在与焦散的形状都可以没有限制，只要好看就行。
下图也是miHoYo的分享，可以简单的理解为直接贴张Mask上去，然后用光照方向和菲涅尔去影响强度变化。
![](https://pic4.zhimg.com/80/v2-c4859a4c140a895547136557e9c4f01b_720w.jpg)

使用Mask贴图、NoL与菲尼尔来控制

# 其他参考整理
![[ToonEye.png|400]]

![[ToonEyes.png|400]]

## PBR Refrection（有问题）
```
//input anteriorChamberDepth 贴图 使用HeightMap
//input radius
//input mask 贴图
//input texcoord
//input n 折射率比值
//input frontNormalW 贴图float3(0,0,1) Local=>World

// 角膜区域突起的模型 height = max(-positionL.z – eyeIrisDepth, 0.0); 
// 球形模型 Plot[Max[1.0 - 18.4 * r * r, 0.0], {r, 0, 0.3}]
float height = anteriorChamberDepth ;//* saturate( 1.0 - 18.4 * radius * radius ); 

float3 normalW=Parameters.WorldNormal;
float3 viewW= mul(float3(0,0,1),(float3x3)View.ViewToTranslatedWorld);//CameraViewToTranslatedWorld

// refractedW
float w = n * dot( normalW, viewW );
float k = sqrt( 1.0 + ( w - n ) * ( w + n ) );
float3 refractedW = ( w - k ) * normalW - n * viewW;
refractedW=-normalize(refractedW);

//float3 frontNormalW=mul(float(0,0,1),float(3x3)GetPrimitiveData(Parameters.PrimitiveId).LocalToWorld) * -1;
float cosAlpha = dot(frontNormalW, refractedW);
float dist = height / cosAlpha;
float3 offsetW = dist * refractedW;
float2 offsetL = mul(offsetW, (float3x2)GetPrimitiveData(Parameters.PrimitiveId).WorldToLocal);
texcoord += float2(mask, -mask) * offsetL;

return texcoord;
```
### 原始代码
```
// 角膜区域突起的模型
// Alternatively, use a displacement map
// height = max(-positionL.z – eyeIrisDepth, 0.0); 

// 球形模型
// Plot[Max[1.0 - 18.4 * r * r, 0.0], {r, 0, 0.3}]
height = anteriorChamberDepth * saturate( 1.0 - 18.4 * radius * radius ); 

// refractedW
float w = n * dot( normalW, viewW );
float k = sqrt( 1.0 + ( w - n ) * ( w + n ) );
float3 refractedW = ( w - k ) * normalW - n * viewW;

float cosAlpha = dot(frontNormalW, -refractedW);
float dist = height / cosAlpha;
float3 offsetW = dist * refractedW;
float2 offsetL = mul(offsetW, (float3x2) worldInverse);
texcoord += float2(mask, -mask) * offsetL;
```
## Matcap反射效果
```
float2 CalcMatcapUV(FMaterialPixelParameters Parameters,float3 normalTexture)
{
	float3 ViewVector=Parameters.CameraVector * -1;
	float3 ViewSpaceRightVector=normalize(cross(ViewVector , mul( float3(0.0,1.0,0.0) , ResolvedView.ViewToTranslatedWorld )));
	float3 ViewSpaceUpVector=cross(ViewVector ,ViewSpaceRightVector);

	float3x3 Matrix=float3x3(
		ViewSpaceRightVector.x,ViewSpaceUpVector.x,ViewVector.x,
		ViewSpaceRightVector.y,ViewSpaceUpVector.y,ViewVector.y,
		ViewSpaceRightVector.z,ViewSpaceUpVector.z,ViewVector.z
	);

	float3 ZeroOneNormal=mul(normalize(Parameters.WorldNormal+normalTexture),Matrix)*0.5+0.5;
	return float2(ZeroOneNormal.x,ZeroOneNormal.y*-1);
}
```

### 这个不太行
```
//input normalTexture 法线贴图
float3 TangentWS=Parameters.TangentToWorld[0];
float3 NormalWS=Parameters.TangentToWorld[2];
float3 BinormalWS=cross(NormalWS, TangentWS);

float3 worldNormal;
worldNormal.x = dot(float3(TangentWS.x,BinormalWS.x,NormalWS.x), normalTexture);
worldNormal.y = dot(float3(TangentWS.y,BinormalWS.y,NormalWS.y), normalTexture);
worldNormal.z = dot(float3(TangentWS.z,BinormalWS.z,NormalWS.z), normalTexture);
worldNormal = normalize(worldNormal);

float3 e = normalize(GetWorldPosition(Parameters) -  ResolvedView.WorldCameraOrigin);
float3 reflectVector = reflect(e, worldNormal);
float3 reflectVectorVS = normalize(mul(reflectVector,ResolvedView.TranslatedWorldToView));
float m = 2.82842712474619 * sqrt(reflectVectorVS.z + 1.0);
float2 cap = reflectVectorVS.xy / m + 0.5;
cap=cap*0.5 + 0.5;
return cap;
```

## 高光贴图位置调整
```
//input float2 LeftUp,LeftDown,RightUp,RightDown;

float3 viewW = mul(float3(0,0,1),(float3x3)View.ViewToTranslatedWorld);
float3 viewL = mul(viewW, (float3x2)GetPrimitiveData(Parameters.PrimitiveId).WorldToLocal);
float2 viewL2D = normalize(viewL.xy);

float2 Left=lerp(LeftUp,LeftDown,viewL2D.y);
float2 Right=lerp(RightUp,RightDown,viewL2D.y);
return lerp(Left,Right,viewL2D.x);
```
## 焦散
- dot(Parameters.WorldNormal,View.DirectionalLightDirection);
- Fresnel 

乘以焦散Mask即可