捣鼓记录：【Unity内置管线】绘画色彩理论在卡渲后处理中的应用

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一些必要的前置知识

现代图形渲染管线

现代图形学管线在广义上可分为以下几个阶段：

几何处理阶段

顶点着色器（Vertex Shader）

曲面细分（Tessellation）

几何着色器（Geometry Shader）

裁剪与屏幕映射

光栅化与片段处理

光栅化（Rasterization）

片段着色器（Fragment/Pixel Shader）

后处理阶段

颜色校正（Color Grading）

模糊（Blur）或锐化（Sharpen）

抗锯齿（FXAA/TAA）

景深（Depth of Field）

屏幕空间反射（SSR）或环境光遮蔽（SSAO）

Unity内置管线后处理架构

Unity内置管线的后处理实现依赖Shader+C#脚本的协作：

OnRenderImage方法（C#脚本）

挂载在摄像机上的脚本通过OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest) 方法捕获当前渲染的屏幕图像src。

使用Graphics.Blit(src, dest, material)将src传递给Shader进行处理，并输出目标到dest，通常是最终屏幕或另一个RenderTexture。

后处理Shader

后处理不参与光照计算，因此必须是Unlit Shader。

使用片段着色器对像素进行处理，如模糊、调色等；顶点着色器通常直接使用Unity内置的vert_img（定义在Unity.cginc）而无需手动编写。

材质（Material）

后处理Shader需要绑定到一个材质，并在C#脚本中引用该材质。

通过material.SetFloat、material.SetTexture等函数动态调整Shader参数。

RenderTexture管理

复杂的后处理可能需要多个RenderTexture进行中间存储（如高斯模糊的降采样和升采样过程）。

需要手动释放使用完毕的RenderTexture以避免内存泄漏。

渲染后处理和绘画色彩理论

卡通渲染后处理与绘画色彩理论密切相关，借鉴了传统动画和插画中的光影处理手法。

🖤

夹带私货说明：文章的例图均来源于我喜欢的一些动漫，和我特别喜欢的画师REDUM。

柔光效果

柔光滤镜通过扩散入射光，使得图像的亮部变得模糊，让图像更柔和。

绘画理论依据：参考了传统动画中的 "色调过渡" 技法。通过提升暗部亮度并降低对比度，模拟绘画中避免死黑、保持色彩通透性的原则（如迪士尼动画的 "色价理论"，即通过明暗层次而非纯黑表现体积）。

动漫手法参考：京都动画公司的作品《吹响吧！上低音号》常用柔光处理环境光，避免阴影过于生硬。

背景透光效果

背景光远远超过角色本身的亮度时，使用这个效果可以营造角色被光包裹的氛围。

绘画理论依据：源自 "空气透视" 和 "边缘光" 理论。通过让角色边缘与背景光色相融合，模拟光线散射效果。

动漫手法参考：新海诚的动画，如《天气之子》，大量使用背景透光，通过高饱和度的环境光晕染角色轮廓，增强画面沉浸感。

暗部晕染效果

让亮部的颜色过渡到暗部，解决暗部过于“沉闷”的问题。

绘画理论依据：借鉴了 "反光色" 和 "阴影透色" 理论。传统绘画中暗部常融入环境色或亮部颜色，避免暗部沉闷（安德鲁·卢米斯提出的色彩互动原则）。

动漫手法参考：MAPPA的动画作品《电锯人》中，人物面部的明暗交界处常用亮部颜色过渡，增强皮肤“通透”的感觉。

用Unity内置管线实操一下！

柔光效果

Pass 1: 提取高光部分

实现：根据亮度转换公式brightness = 0.2126*R + 0.7152*G + 0.0722*B将RGB颜色转换成亮度，根据亮度阈值提取画面中较亮的部分。

C#脚本：将高光部分保存到brightRT渲染纹理。

Pass 2: 高斯模糊处理

实现：采用标准3×3高斯模糊核对图像进行模糊。

C#脚本：将Pass 1中得到的brightRT进行多次降采样和高斯模糊。

Pass 3：最终合成

实现：将模糊后的高光RenderTexture通过变亮的混合模式叠加到原图。

C#脚本：

完整代码

Diffuse.shader

DiffuseEffect.cs

实现效果

BloomIntensity:75; BloomThreshold:0.25; BlurSize:0.005; BlurIterations:4

背景透光效果

Pass 1: 从背景中抠去角色

实现：角色区域输出透明色，背景区域保留原图，生成一张“反向遮罩”。

C#脚本：调度shader从背景中抠除角色，保存结果到bgWithoutCharacterRT。

Pass 2: 高斯模糊处理

实现：采用标准3x3高斯模糊核对图像进行模糊，模糊后的背景区域会渗透到原本透明区域。

C#脚本：将Pass 1中得到的bgWithoutCharacterRT进行多次降采样和高斯模糊，迭代模糊可增强渗透效果（blurIterations控制强度）。

Pass 3: 模糊遮罩与角色取交

实现：用角色Alpha遮罩裁剪模糊结果，仅保留角色轮廓周围的模糊背景（模拟透光区域）。

C#脚本：将Pass 2中得到的bgBlurredRT和characterTexture取交集，保存结果到characterMaskRT。

Pass 4: 最终合成

实现：将原始背景、角色和透光效果混合，透光部分使用加法混合，通过maskedBlur.a控制透光强度。

C#脚本：

完整代码

Backlit.shader

BacklitEffect.cs

实现效果

暗部晕染效果

Pass 1: 暗部分离

实现：DiffuseRT需由外部脚本生成，标记暗部区域（R通道=0.0），输出硬边缘纯白色区域。

C#代码：得到角色摄像机上的渲染组件Test中保存的DiffuseRT对象，设置给_DiffuseRT，调度shader分离亮部和暗部，暗部保存到darkAreaRT。

Pass 2: 高斯模糊处理

实现：采用标准3×3高斯模糊核对图像进行模糊，使得硬边缘纯白色区域变成软边缘。

C#脚本：将Pass 1中得到的darkAreaRT进行多次降采样和高斯模糊，得到darkSoftAreaRT。

Pass 3: 合成暗部

实现：将模糊后的白色遮罩转换为_BlurredColor，并取反Alpha，用于后续Multiply混合。

C#脚本：调度shader，将处理结果保存到finalDarkAreaRT。

Pass 4: 最终合成

实现：在角色颜色基础上使用Multiply+Add模式混合暗部晕染的颜色，再与背景混合。

C#脚本：调度shader进行颜色混合。

完整代码

DarkBlur.shader

DarkBlurEffect.cs

实现效果

三种后处理效果合并

完整代码

CombinedEffect.cs中将所有效果合并，输出到finalRT。

因此还需要一个用于合并效果的Blend.shader，用变亮（或其他）混合方式合并三种效果。

实现效果

附录：角色渲染将光照梯度输出到RT

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Unity内置管线的跨Pass通信详见：自卷笔记：一些乱七八糟的踩坑记录和小知识小技巧。 | 白雪万事屋

用于渲染角色的shader使用了三个Pass：

Pass 0：预计算光照梯度

Pass 2：卡渲的Forward Pass

Pass 3：描边Pass

其中Pass 1的渲染结果需要保存在diffuseRT中供Pass 2和其他shader（主要是DarkBlur.shader）使用，在主线程中设置材质并调度shader。