CN106815883A - 一种游戏角色的头发处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术方案包括一种游戏角色的头发处理方法及系统，用于实现：创建模拟光源，并将头发模型自身颜色及明暗信息绘制到漫反射贴图中，对头发模型的高光贴图与模拟光源进行叠加处理；对所述得到的头发模型的透明部分及非透明部分使用双通道进行渲染；对所渲染后头发模型进行穿插处理，包括执行网格分割，并对头发模型进行动态渲染。本发明的有益效果为：头发表现效果上的更加逼真渲染和具有层次感。不仅节省了真实光源带来的性能消耗，而且也能够处理具体的光源效果，使得高光表现更加逼真细腻。半透明混合导致渲染穿插的高效处理。半透明混合导致的穿插问题，为了避免实时三角形排序，高效地处理好了头发渲染穿插的问题。

Description

一种游戏角色的头发处理方法及系统
技术领域
本发明涉及一种游戏角色的头发处理方法及系统，属于计算机领域。
背景技术
随着游戏品质的要求提升，人物头发的逼真渲染效果将能够更加凸显人物模型的真实头发效果，让人物渲染上变得更加生动和栩栩如生。一般游戏在处理人物头发上采用最简单的漫反射贴图加高光贴图的处理技术。
采用漫反射加高光通道的技术基本流程图如下，请参考图1：
漫反射通道采用入射光线和法线的点积来计算漫反射的颜色，高光通道采用半角向量（入射光线和视线的中间平均值）和法线的点积来计算物体的镜面反射高光。
通过上面的流程图可以看出以上方案存在以下3点缺陷：
（1）高光贴图仅仅包含了像素上高光信息，如果再增加像素上的镜面光滑程度的信息，就可以在头发上的细节处刻画地更加细腻些。
（2）在手游上出于性能上的考虑往往是不添加实时光而是采用烘焙光照贴图的方式，这种方式使得头发并不能表现出真实光照下的光影效果，使得头发渲染变得不怎么真实。即便是添加了实时像素光，然而大部分情况下光源是用来照射场景物体，设定是不动的光源，这样方向固定不变的光源对头发的照射反射渲染出来的高光效果可能不是我们想要看到的。
（3）头发是偏向大部分不透明，少部分透明的物体，头发的末尾处应该用半透明混合的方式处理表现效果才够更加真实逼真，然而采用旧方案并没有对这一层上做任何处理。
Unity每次在准备数据并通知GPU渲染的过程称为一次drawcall。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的技术方案提供了一种游戏角色的头发处理方法及系统，用于实现头发表现效果上的更加逼真渲染和具有层次感，及半透明混合导致渲染穿插的高效处理。
本发明的技术方案包括一种游戏角色的头发处理方法，其特征在于，该方法包括：A.创建模拟光源，并将头发模型自身颜色及明暗信息绘制到漫反射贴图中，对头发模型的高光贴图与模拟光源进行叠加处理；B.对所述步骤A得到的头发模型的透明部分及非透明部分使用双通道进行渲染；C.对所述步骤B进行渲染后头发模型进行穿插处理，包括执行网格分割，并对头发模型进行动态渲染。
在一个优选的实施方案中，所述步骤A还包括：S21，使用着色器为头发模型前后分别创建对应的模拟光源，并对经过模拟光源照射后的头发模型执行漫反射贴图的计算；S22，获取有角色头发模型的高光贴图，同时对高光通道的填充值进行编辑，根据所述步骤S21得到的漫反射贴图，进一步执行高光贴图的颜色与漫反射贴图颜色的叠加。
在一个优选的实施方案中，所述步骤S22还包括：其中对高光通道的填充值编辑包括对红通道依旧填充高光的值，对绿通道填充镜面光泽度的值，对蓝通道填充异向遮罩值。
在一个优选的实施方案中，所述步骤B还包括：S31，使用通道一对头发模型的非透明部分进行镂空渲染处理；S32，使用通道二对头发模型的半透明部分进行滤出，进而执行渲染。
在一个优选的实施方案中，所述步骤S31还包括：获取头发模型像素值，对头发模型像素值进行判定，若头发模型像素值低于预设阈值，则删除该头发模型像素，删除后的头发模型像素不参与后续镂空渲染，其中阈值可以自定义设置。
在一个优选的实施方案中，所述步骤S32还包括：获取头发模型像素值，对头发模型像素值进行判定，若头发模型像素值高于预设阈值，则删除该头发模型像素，删除后的头发模型像素不参与后续渲染，其中阈值可以自定义设置。
在一个优选的实施方案中，其中的步骤B还包括：所述步骤S31、S32均使用渲染双面执行渲染处理，并且在渲染过程中不剔除头发模型的阴影。
在一个优选的实施方案中，所述步骤C还包括：S81，对将头发模型分割为前模型和后模型；S82，实时计算前模型与游戏中虚拟摄像机的距离D2、衣服模型到虚拟摄像机的模型D1；S83，比较D1与D2的大小，若D2比D1小，则把前模型的渲染队列设置为比RQ1大，若D2比D1大，则把前模型的渲染队列设置为比RQ1小，其中RQ1为衣服模型渲染队列。
本发明的技术方案还包括根据上述任意方法的一种游戏角色的头发处理系统，其特征在于，该系统包括：渲染准备模块，用于创建模拟光源，并将头发模型自身颜色及明暗信息绘制到漫反射贴图中，对头发模型的高光贴图与模拟光源进行叠加处理；渲染执行模块，对所述渲染准备模块得到的头发模型的透明部分及非透明部分使用双通道进行渲染；渲染穿插处理模块，用于对所述渲染执行模块进行渲染后头发模型进行穿插处理，包括执行网格分割，并对头发模型进行动态渲染。
本发明的有益效果为：
（1）头发表现效果上的更加逼真渲染和具有层次感。头发上通过添加几个假光来模拟真实光源，不仅节省了真实光源带来的性能消耗，而且也能够处理具体的光源效果，通过调整前向光和后向光可以表现出头发的层次感。头发上光照贴图添加镜面光泽度信息，在高光上进一步处理高光的计算公式，使得高光表现更加逼真细腻。头发上使用最少的两个pass来渲染出头发的双面和半透明效果。
（2）半透明混合导致渲染穿插的高效处理。半透明混合导致的穿插问题，为了避免实时三角形排序，采用分割网格和实时动态根据摄像机位置修改渲染队列，很高效地处理好了头发渲染穿插的问题。
附图说明
图1所示为现有技术方案的流程图；
图2所示为根据本发明实施方式的总体流程图；
图3所示为根据本发明实施方式的双通道渲染流程图；
图4所示为根据本发明实施方式的穿插渲染流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的游戏角色的头发处理方法及系统适用于游戏动画图像的开发。
图2所示为根据本发明实施方式的总体结构图。
第一部分：角色头发渲染准备。具体如下（1）-（2）所示，包括：
（1）人物头发上本身的颜色和明暗里相关的信息按每个像素绘制到漫反射贴图里。考虑到实时光性能消耗较大的因素，于是在shader(着色器)中添加一个假光充当真实光源，为假光添加光的颜色（_LightColor）、光的方向向量(_LightDir)及光的强度(_LightIntensity)。在游戏中渲染其他物体也可以添加一个假光，这样在游戏中可以通过全局修改shader里的_LightDir和_LightIntensity的值，来模拟真实光照的效果。比如在游戏中天空突然出了一道闪电，那么可以将闪电到物体的方向向量赋值到_LightDir上，并调高光的强度来模拟闪电发出闪光的效果。
在shader中计算漫反射颜色为rgb = s.Albedo * _LightColor * NdotL *atten * _LightIntensity;其中NdotL是光的方向向量与法线的点积，即NdotL =saturate(dot(s.Normal, _LightDir))。
为了在人物头发上表现地更加有层次感，即不同的光照下表现出来的光源效果。为了模拟这样的效果，需要再shader中再添加两个假光，分别是前向光和后向光，前向光用来对照射物体的前面部分，后向光用来照射物体的后面部分。颜色上的叠加和前面的计算公式一样，比如前向光的方向_FrontLightDir,光的颜色_FrontLightColor,光的强度_FrontLightIntensity，这样算得出的前向光颜色
rgb = s.Albedo * _FrontLightColor * saturate(dot(s.Normal,_FrontLightDir)) * _FrontIntensity。
这样在头发上通过添加一个全局的假光和两个前向光和后向光，就可以在游戏中全局地控制头发的光影效果和表现出头发的层次感。
（2）为了更好地表现头发的高光效果，这里对高光贴图做进一步地处理。高光贴图的红通道依旧填充高光的值，绿通道填充镜面光泽度的值，蓝通道填充异向遮罩值。测试结果这里的蓝通道填充纯白色即可。高光的计算公式如下：
Fixed HdotA=dot（S.Normal,h）;
Float aniso=max(0,sin(radians((HdotA+_AnisoOffset)*180)))
Float spec=pow(aniso,s.Gloss*_Gloss)*s.Specular
其中h即是半角向量（光的方向向量与视线的中间平均值），即h = normalize（normalize（_LightDir）+ normalize(viewDir)）。引入_AnisoOffset用来控制高光的区域，通过调整这个值可以调整高光在头发上的位置。s.Gloss即是高光贴图的绿通道值，s.Specular即是高光贴图高光值，通过以上的公式就算出了高光值。
最终高光颜色rgb = spec * _SpecularColor * atten * SpecularIntensity。这里乘以自定义的高光颜色和高光强度。该高光颜色最终与上面计算出来的三个假光叠加出来的颜色再进一步叠加，就是头发自身的最终颜色。
第二部分为双通道渲染处理，具体如下所示：
为了表现出头发这种大部分不透明，少部分半透明的物体渲染，需要为shader多添加一个pass来渲染半透明的部分。
考虑到头发的背面大部分都是被头部挡住，为了减少更多的pass（一个pass一个drawcall，drawcall越高越耗性能），所以头发的透明部分和半透明部分都采用渲染双面的方式处理，在shader中添加指令Cull Off（关闭阴影面剔除）。通过这样可以既让头发有了半透明的渲染效果，而且可以让pass减少到最少，只有两个pass。
第一个pass需要先对非透明部分进行渲染处理，所以需要镂空。直接通过cutoff的操作，具体公式是clip（o.Alpha - _Cutoff），其中o.Alpha是像素的透明值，_Cutoff是自定义的cutoff值，公式效果会把o.Alpha - _Cutoff结果为零的值切掉不参与后续的像素操作。
由于第一步pass的cutoff处理会导致头发出现锯齿的情况，所以需要接下来第二个pass的混合处理。
第二个pass需要先过滤出半透明的部分进行处理。使用的具体公式是clip(-(o.Alpha - _Cutoff))，跟上面pass1相反的操作。然后添加指令Blend SrcAlphaOneMinusSrcAlpha和ZWrite off。半透明物体渲染是不写深度（写深度会导致头发后面的不透明物体渲染不出来）。
通过两个pass就可以把头发的半透明的效果处理好，这种处理方式同样适用于其他大部分不透明少部分半透明的物体渲染，比如植被渲染。
第三部分：半透明渲染穿插处理。
有种情况头发会出现半透明渲染穿插的问题，就是当头发是很长的头发和人物衣服也是半透明的情况下会出现渲染错乱问题。对于这种情况，主要问题是出在人物头发和衣服有交叉的情况，头发先渲染和后渲染都会有一部分头发出现渲染问题。
如果采用实时三角形排序不仅需要头发模型和衣服模型网格合并在一起处理，而且还需要实时地对网格里的三角形进行排序，该方式非常地消耗性能和导致大量gc。
故这里采用一种更加合理的处理方法，就是分割网格和实时动态修改头发的渲染队列。即把头发分割成前头发模型和后头发模型，在游戏中分别实时计算前头发模型和摄像机的距离D2，衣服到摄像机的距离D1，如果D2比D1小，则把前头发模型的渲染队列设置比RQ1大即可（RQ1是衣服的渲染队列），否则设置比RQ1小。对于后头发模型在游戏中也这样处理。
图3所示为根据本发明实施方式的双通道渲染流程图。参考图2的双通道渲染处理步骤。
图4所示为根据本发明实施方式的穿插渲染流程图。参考图2的半透明渲染穿插处理步骤。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种游戏角色的头发处理方法，其特征在于，该方法包括：
A.创建模拟光源，并将头发模型自身颜色及明暗信息绘制到漫反射贴图中，对头发模型的高光贴图与模拟光源进行叠加处理；
B.对所述步骤A得到的头发模型的透明部分及非透明部分使用双通道进行渲染；
对所述步骤B进行渲染后头发模型进行穿插处理，包括执行网格分割，并对头发模型进行动态渲染。
2.根据权利要求1所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
S21，使用着色器为头发模型前后分别创建对应的模拟光源，并对经过模拟光源照射后的头发模型执行漫反射贴图的计算；
S22，获取有角色头发模型的高光贴图，同时对高光通道的填充值进行编辑，根据所述步骤S21得到的漫反射贴图，进一步执行高光贴图的颜色与漫反射贴图颜色的叠加。
3.根据权利要求2所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤S22还包括：
其中对高光通道的填充值编辑包括对红通道依旧填充高光的值，对绿通道填充镜面光泽度的值，对蓝通道填充异向遮罩值。
4.根据权利要求1所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤B还包括：
S31，使用通道一对头发模型的非透明部分进行镂空渲染处理；
S32，使用通道二对头发模型的半透明部分进行滤出，进而执行渲染。
5.根据权利要求4所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤S31还包括：
获取头发模型像素值，对头发模型像素值进行判定，若头发模型像素值低于预设阈值，则删除该头发模型像素，删除后的头发模型像素不参与后续镂空渲染，其中阈值可以自定义设置。
6.根据权利要求4所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤S32还包括：
获取头发模型像素值，对头发模型像素值进行判定，若头发模型像素值高于预设阈值，则删除该头发模型像素，删除后的头发模型像素不参与后续渲染，其中阈值可以自定义设置。
7.根据权利要求4所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，该步骤还包括：
所述步骤S31、S32均使用渲染双面执行渲染处理，并且在渲染过程中不剔除头发模型的阴影。
8.根据权利要求1所述的游戏角色的头发处理方法，其特征在于，所述步骤C还包括：
S81，对将头发模型分割为前模型和后模型；
S82，实时计算前模型与游戏中虚拟摄像机的距离D2、衣服模型到虚拟摄像机的模型D1；
S83，比较D1与D2的大小，若D2比D1小，则把前模型的渲染队列设置为比RQ1大，若D2比D1大，则把前模型的渲染队列设置为比RQ1小，其中RQ1为衣服渲染队列。
9.根据权利要求1-8任意方法的一种游戏角色的头发处理系统，其特征在于，该系统包括：
渲染准备模块，用于创建模拟光源，并将头发模型自身颜色及明暗信息绘制到漫反射贴图中，对头发模型的高光贴图与模拟光源进行叠加处理；
渲染执行模块，对所述渲染准备模块得到的头发模型的透明部分及非透明部分使用双通道进行渲染；
渲染穿插处理模块，用于对所述渲染执行模块进行渲染后头发模型进行穿插处理，包括执行网格分割，并对头发模型进行动态渲染。
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