LowPoly

一种低多边形风格画作或效果。
参考文章：
【Unity Shader】新书封面 — Low Polygon风格的渲染
图形学进阶——曲面细分与几何着色器
效果如下：

原理

就我个人的理解来看，原始的法线如上面的左图，在片元着色器阶段，会将三角形三个法线做插值得到当前着色点的法线，从而产生平滑的效果，也就是右图。

而LowPoly风格正好是不需要平滑处理的，反而就是要左图这种棱角分明的感觉，所以核心思想就是当前所在三角形只使用一个法线，让该三角形区域的着色点使用的法线都是同一个。

Shader

Shader "NPR/LowPolyStyle"
{Properties{_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)}SubShader{Pass{Tags {"LightMode"="ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdbase#pragma target 4.0#pragma vertex vert#pragma geometry geom#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;struct v2g{float4 pos:SV_POSITION;float2 uv:TEXCOORD0;float3 worldPos:TEXCOORD1;};struct g2f{float4 pos:SV_POSITION;float2 uv:TEXCOORD0;float3 worldPos:TEXCOORD1;float3 faceNormal:TEXCOORD2;};v2g vert(appdata_base v){v2g o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = v.texcoord;o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);return o;}[maxvertexcount(3)] //用于定义最大输出点void geom(triangle v2g IN[3], inout TriangleStream<g2f> triStream){// 定义图元输入：point、 line、 lineadj、 triangle、 triangleadj 分别为点线面// 定义图元输出：PointStream、 LineStream、 TriangleStream 同上float3 A = IN[1].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 B = IN[2].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 fn = normalize(cross(A, B));g2f o;o.pos = IN[0].pos;o.uv = IN[0].uv;o.worldPos = IN[0].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);o.pos = IN[1].pos;o.uv = IN[1].uv;o.worldPos = IN[1].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);o.pos = IN[2].pos;o.uv = IN[2].uv;o.worldPos = IN[2].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);}fixed4 frag(g2f i):SV_Target{fixed3 lightDir = UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos);fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz;fixed3 normalDir = normalize(i.faceNormal);fixed diff = saturate(dot(normalDir, lightDir));fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * diff;return fixed4(diffuse + ambient, 1);}ENDCG}Pass {Tags {"LightMode"="ForwardAdd"}Blend One OneCGPROGRAM#pragma multi_compile_fwdadd#pragma target 4.0#pragma vertex vert#pragma geometry geom#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"#include "AutoLight.cginc"fixed4 _Color;struct v2g {float4 pos : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;float3 worldPos : TEXCOORD1;float4 _ShadowCoord : TEXCOORD2;};struct g2f {float4 pos : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;float3 worldPos : TEXCOORD1;float3 faceNormal : TEXCOORD2;float4 _ShadowCoord : TEXCOORD3;};v2g vert(appdata_base v) {v2g o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.uv = v.texcoord;o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);o._ShadowCoord = mul(unity_WorldToShadow[0], mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex));return o;}[maxvertexcount(3)]void geom(triangle v2g IN[3], inout TriangleStream<g2f> triStream) {float3 A = IN[1].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 B = IN[2].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 fn = normalize(cross(A, B));float3 worldPos = (IN[0].worldPos + IN[1].worldPos + IN[2].worldPos)/3.0;g2f o;o.pos = IN[0].pos;o.uv = IN[0].uv;o.worldPos = worldPos;o.faceNormal = fn;o._ShadowCoord = IN[0]._ShadowCoord;triStream.Append(o);o.pos = IN[1].pos;o.uv = IN[1].uv;o.worldPos = worldPos;o.faceNormal = fn;o._ShadowCoord = IN[1]._ShadowCoord;triStream.Append(o);o.pos = IN[2].pos;o.uv = IN[2].uv;o.worldPos = worldPos;o.faceNormal = fn;o._ShadowCoord = IN[2]._ShadowCoord;triStream.Append(o);}fixed4 frag(g2f i) : SV_Target {fixed3 lightDir = UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos);fixed3 normalDir = normalize(i.faceNormal);fixed diff = saturate(dot(normalDir, lightDir));UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.worldPos);fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * _Color.rgb * diff * atten * atten;return fixed4(diffuse, 1);}ENDCG}}FallBack "Diffuse"
}

重点分析一下几何着色器的代码：

[maxvertexcount(3)] //用于定义最大输出点
void geom(triangle v2g IN[3], inout TriangleStream<g2f> triStream){// 定义图元输入：point、 line、 lineadj、 triangle、 triangleadj 分别为点线面// 定义图元输出：PointStream、 LineStream、 TriangleStream 同上float3 A = IN[1].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 B = IN[2].worldPos.xyz - IN[0].worldPos.xyz;float3 fn = normalize(cross(A, B));g2f o;o.pos = IN[0].pos;o.uv = IN[0].uv;o.worldPos = IN[0].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);o.pos = IN[1].pos;o.uv = IN[1].uv;o.worldPos = IN[1].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);o.pos = IN[2].pos;o.uv = IN[2].uv;o.worldPos = IN[2].worldPos;o.faceNormal = fn;triStream.Append(o);
}

其中 A, B 是用来获得三角面片的法线向量，如下图：

输入了三个顶点，输出三个顶点的法线值都为当前计算得到的这个，那么在传入到片元着色器之前所做的插值其实就并未改变法线向量，因为插值的三个法线向量都一样，怎么插值都是一样的。

得到法线后，后面的代码就和普通代码一样了，总体来说原理还是比较简单的，不过想要获得更有意思的效果，应该还有很多trick，学习之路无止境啊~~~

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