unity 皮肤材质效果实现分析

Posted 2022-07-09 暮志未晚Webgl

相关资料

https://therealmjp.github.io/posts/sss-intro/
里面讲解了次表明散射的概念原理，以及发展过程。到了实时渲染，早期的基于纹理空间的扩散，到现在经常会应用于移动端的预积分的次表明散射（就是有一张图的表，从上面取色，还需要一个曲率的东西去控制），然后就是屏幕空间的次表明散射（为了生成更好的曲率）。
https://www.iryoku.com/stare-into-the-future
讲解了如何渲染真实的皮肤效果
要说皮肤渲染，还是得看ue4，接下来看一下ue的相关
https://docs.unrealengine.com/4.27/en-US/RenderingAndGraphics/Materials/HowTo/Human_Skin/
这个是直接告诉你了怎么在ue里面实现皮肤材质
https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/Resources/Showcases/PhotorealisticCharacter/
https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/Resources/Showcases/DigitalHumans/
https://texturing.xyz/pages/saurabh-jethani-creating-realistic-skin-in-ue4

渲染特性

次表面散射

我们正常渲染pbr物理材质brdf，只是做了表面效果，表面漫反射，表面高光。次表面散射就是光线进入物体内部，在物体内部进行反射后，又反射出来，带有一定内部的颜色的效果。
第一种方法是，基于屏幕空间的次表明散射（sssss），这种效果也是在ue里面使用到。原理就是不模拟物理上的真实的散射，而是根据当前位置和光线入射点的位置去计算出一个差不多的效果。这种效果需要一个Diffusion Profiles（扩散配置文件）来描述次表面散射行为中光线与散射距离的关系。
扩散配置纹理里面会配置滤波器的总宽度（散射范围），每个颜色的衰减，以及进入到皮肤内的光线的多少（越年轻的可以调的越大）。然后在屏幕空间中获取深度，采集周围的像素深度计算出曲率，来设置效果渐变。如果曲率越大，散射效果越弱。

第二种方法就是使用预先积分的次表明散射，和屏幕次表明散射的区别在于，不使用Diffusion Profiles（扩散配置文件）而是修改为使用一张LUT贴图来描述当前的散射效果。图如下，
通过法向和光线的点积确定横向坐标位置，通过曲率确定纵向。曲率可以通过软件烘焙出来，比如Knald，或者直接在shader中计算得出一个曲率。如果达到一个好的效果，推荐直接使用屏幕空间深度计算来获取，虽然耗性能，大家还是根据效果和性能折中即可。
为了达到质感柔和的效果，我们需要通过使用不同模糊的法线贴图，来进一步模拟Diffusion Profiles（扩散配置文件）。

高光的法向贴图就是默认贴图，红色透性最强，所以，它的贴图的模糊也最高，蓝色的最小，模糊度也最低，（红色的可以通过mip层级获取，蓝色和绿色可以通过红色和默认的lerp操作获取）然后我们把这些法向贴图获取到的高光进行融合，获取到一个更加不错的效果。

高光

双层高光进行混合，增加皮肤质感，第一层主要控制，占85%，第二层次要，占15%。它们也要给予能量守恒。
高光颜色强度 F0 （在ue里面有这个接口，值默认是0.5）默认是通用的0.04，皮肤的需要设置成 0.35，对应高光的起始值就是 0.028 。

细节贴图

细节贴图要实现皮肤的细节，就是有毛孔的效果的皮肤，然后和默认的法向贴图融合，实现一个细节的模拟。

粗糙度

粗糙度建议从0.4开始调整。贴图建议不用表现太多细节，只用来划定区域，值低的范围的就是光滑度高，值高的地方，就混合细节贴图高一些，也显得皮肤更加真实。

CavityMap

用来表现皮肤微观细节的ao信息，这个主要用来表现高光部分细节，在高量的部分展现更多的细节。所以，可以用来控制高光反射强度。

AO

环境光遮蔽，首先就是烘焙的贴图，然后需要屏幕空间ao，混合得出。

涂层 ClearCoat

用来实现脸部化妆的效果。腮红，唇膏等等。