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卡通渲染(英语:Toon Shading)是一种非真实感绘制(NPR),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。
此条目需要补充更多来源。 (2015年3月28日) |
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:
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:
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:
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:
最后,边缘纹理和颜色纹理结合起来,生成最终渲染图:
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《萨尔达传说 风之律动》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》。
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