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JTRP : Unity HDRP ToonShading Render Pipeline (Preview)

Jason Ma Toon Render Pipeline (JTRP)

• Lit Shader
• ModelOutlineImporter
• Light Weight ShaderGUI

这是一个Unity HDRP下卡通渲染管线，我会将学习到的NPR技术不断完善到这个管线中。

• 目前仍是预览版，只包含最基础的功能（Lit Shader、平滑法线导入工具、LightWeightGUI）
• 开发环境：Unity 2019.3.5+、HDRP 7.31+、其他依赖
• 感谢UTS、TCP、HDRP等项目给予的启发

Feature

Lit Shader

视频演示：https://www.bilibili.com/video/BV15g4y187sM

• 支持复杂光照，可详细调整的光照强度、颜色、阈值、羽化
• 支持双层阴影，贴图可控的强度与固有阴影，参数可控阈值、羽化、纯度
• 支持多种高光（经验NPR、GGX PBR），贴图可控强度、粗糙度，参数可控颜色等
• MatCap高光，贴图可控形状、Noise，参数可控强度、颜色、ST等
• 多层RimLight（亮、暗面+额外边缘光），贴图可控强度，参数可控颜色、宽度、长度、羽化等
• Emissive，双层动画自发光，支持切换颜色、UV动画等
• Outline，配合法线导入工具可支持硬表面模型，随距离自适应宽度，顶点色可控宽度、ZOffset

贴图通道：

• ColorMap（RGB）：固有色
• NormalMap：切线空间法线
• LightMap：
  • R：MatCap强度
  • G：RimLight强度
  • B：HighLight强度
  • A：点光照明强度
• ShadowMap：
  • R：阴影强度（0-1 ：有阴影-无阴影）
  • G：自发光（0：发光色1；0.5：不发光；1：发光色2）
  • B：粗糙度（0-1：粗糙-光滑）
  • A：固有阴影强度（0-1：非固有-固有阴影）
• 顶点色：
  • RG：由法线导入工具生成的法线
  • B：深度偏移量
  • A：宽度

平滑法线导入工具（ModelOutlineImporter）

一般的Backface Outline由于是沿法线挤出，会在硬表面模型上产生断裂，为了全自动地解决这些问题我开发了平滑的描边法线导入工具。将需要导入平滑法线的模型名称加上后缀名：“_ol”即可开始自动用Job System计算并导入Outline Normal。导入过程将复制一份前缀“@@@”的模型副本，应用平滑算法后将法线转换后导入原模型的顶点色，之后自动删除副本，Ctrl+R刷新Project视图即可。Lit的Outline需与此工具配套使用，详情和实现可以参考此文章。

Light Weight ShaderGUI

LWGUI是一般ShaderGUI的替代方案，为了解决“一千行Shader，两千行GUI”而生。为了写最少的代码并保持灵活易用而扩展Custom Drawer，在Shader Property前加上前缀实现各种自定义ShaderGUI。使用时无需写一行ShaderGUI即可实现自定义排版，写Shader的同时进行排版，不同Shader互不相干。Shader末尾需要添加CustomEditor "JTRP.ShaderDrawer.LWGUI"，更多信息和自行扩展LWGUI请看文章。

Function List

/// 创建一个折叠组
/// group：group key，不提供则使用shader property name
/// keyword：_为忽略，不填和__为属性名大写 + _ON
/// style：0 默认关闭；1 默认打开；2 默认关闭无toggle；3 默认打开无toggle
Main(string group = "", string keyWord = "", float style = 0)
    
/// 在折叠组内以默认形式绘制属性
/// group：父折叠组的group key，支持后缀KWEnum或SubToggle的KeyWord以根据enum显示
Sub(string group)

/// n为显示的name，k为对应KeyWord，最多5组，float值为当前激活的KeyWord index（0-4）
KWEnum(string group, string n1, string k1, ... string n5, string k5)

/// 以单行显示Texture，支持额外属性
/// extraPropName：需要显示的额外属性名称
Tex(string group = "", string extraPropName = "")
    
/// 支持并排最多4个颜色，支持HDR/HSV
/// parameter：填入HSV则将当前颜色转换为HSV颜色传入Shader，无需则填"_"
/// color：可选额外颜色的property name
/// 注意：更改参数需要手动刷新Drawer实例，在shader中随意输入字符引发报错再撤销以刷新Drawer实例
Color(string group, string parameter, string color2, string color3, string color4)
    
/// 以SubToggle形式显示float
/// keyword：_为忽略，不填和__为属性名大写 + _ON
SubToggle(string group, string keyWord = "")
    
/// 同内置PowerSlider，非线性Range
SubPowerSlider(string group, float power = 1)
    
/// 同内置Header，仅与LWGUI共同使用
Title(string group, string header)

/// 绘制float以更改Render Queue
[Queue]

其中函数名带Sub的一般只支持在折叠组下显示，不带Sub的group参数填“_”以在折叠组外显示，另外Decorator与内置Drawer不兼容，比如Header只应在默认属性上使用，在LWGUI修饰的属性上应使用Title，否则显示可能会出错。

如需实现自己的Drawer，可以参考JTRP\Editor\Drawer\ShaderDrawer.cs。SubDrawer类提供了与MainDrawer配套使用的功能。请注意：

• 重写matchPropType以筛选特定的属性类型以绘制，返回false则会以默认方式绘制
• 重写DrawProp以自定义方式绘制属性，JTRP\Editor\Drawer\DrawerUtility.cs提供了一些工具函数
• GetPropertyHeight函数在使用EditorGUILayout.GetControlRect()后不起作用，一般推荐使用GetControlRect而无需理会Height
• EditorGUI.showMixedValue控制了选择多个材质球的情况下的绘制方式
• EditorGUIUtility.labelWidth = 0时MaterialEditor.GetRectAfterLabelWidth才会得到期望的结果

专栏：https://zhuanlan.zhihu.com/UnityGraphicsWaifu

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