卡通渲染

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上图是对在丁丁历险记月球探险中的太空服使用了基础卡通渲染着色器和边缘探测后的效果对比,左为塑料质感渲染,右为卡通渲染。

卡通渲染(英语:Cel-shading或者Toon Shading)是一种去真实感的渲染方法,旨在使电脑生成的图像呈现出手绘般的效果。为了使图像可以与漫画或者卡通达到形似的效果,专业人员通常使用卡通渲染着色器进行处理。卡通渲染是在大约21世纪初期,作为计算机图形学的副产物出现的新技术,并且主要应用于电子游戏中;然而,它可以呈现出如手绘动画一样简洁明了的效果。

在其英语名Cel-shading中,Cel一词来自常用于传统动画的材料赛璐珞[1]

渲染过程[编辑]

卡通渲染过程从一个普通的3D模型开始。与常规渲染不同的是,卡通渲染的光照效果是经过去真实感处理的。常规光源(明暗间有平滑过渡)的取值被逐一像素计算并投射到一小片独立的明暗区域上,以产生卡通式的单调色彩。

生成“黑线勾边”效果和轮廓线条可以用多种方法。常用方法之一是先渲染出比物体略大的黑色的边线,之后关闭背面探测Backface culling,用于剔除物件背面不需渲染部分的功能),将朝后的面被用黑色绘制出来。为了扩大轮廓,这些背面会多次以线框模型绘制,且每次都有微小的改变。另一种方法是,背面先以固实方式渲染,并且其顶点均由顶点着色器沿着其顶点法线进行转译。在绘制边线后,重启背面探测来绘制物体的明暗和附属材质。最后,由于场景中的背面比正面所处位置更深远,图像会由深度缓冲组合。最终我们看到的就是,物件拥有了黑色的勾边以及内部的轮廓线条。普遍的观点认为,这种用在动画和游戏上使用的“勾边”效果就是卡通渲染,但是实际上,卡通渲染指的是这种渲染方式,而无关是否拥有勾边效果。

下图是使用卡通渲染处理后的犹他茶壶

使用卡通渲染处理后的犹他茶壶

  1. 用粗线条绘制背侧
  2. 用基础材质绘制物件
  3. 渲染

第2、3步可以通过复数材质处理结合为一步(参考材质贴图)。

还有一种勾边方法使用了平面图像处理技术。首先,场景被卡通渲染至屏幕大小的颜色纹理:

Cel shading no outlines.png

然后,场景的深度和空间表面法线信息被渲染至屏幕大小的颜色纹理:

Cel shading depth.png

Cel shading normals.png

之后对法线和深度纹理使用查找边缘滤镜(例如索贝尔算子),可以生成边缘纹理。位于边缘的像素纹理为黑色,其他的为白色:

Cel shading edge detection.png

最后,边缘纹理和颜色纹理结合起来,生成最终渲染图:

Cel shading composite final image.png

卡通渲染在电子游戏中的应用[编辑]

卡通渲染在互动媒体方面首次亮相于2000年发表在Sega Dreamcast上的游戏Jet Set Radio,此外,在2002年发表的塞尔达传说 风之杖亦是本技术应用的范例。如今,相当数量的游戏都应用了卡通渲染技术,包括一些限制级的游戏,例如英雄不再

图库[编辑]

这是用卡通渲染所呈现出来的,在一个無限深方形阱中的一个機率幅的两个等值曲面。 

使用卡通渲染的媒体[编辑]

电子游戏[编辑]

商业广告[编辑]

另请参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Celshader.com FAQ 于2012年8月3日查阅

外部链接[编辑]