MatCap是Material Capture的縮寫(xiě)，意為“材質(zhì)捕獲”；?

Matcap Shader是一種在某些層面能替代甚至超越PBR的次時(shí)代渲染方案；?

它的效率極高、計(jì)算成本極低，顯示效果極佳，卻能完美運(yùn)行于不同的移動(dòng)平臺(tái)，并兼容AR、VR設(shè)備，所以極具研究與實(shí)用價(jià)值；?

但Matcap也有很多局限性和缺點(diǎn)，在今天的課程中，我就將給大家分享講解Matcap的實(shí)現(xiàn)原理和并實(shí)現(xiàn)matcap渲染，以及如何在以較低成本渲染的同時(shí)，解決它的一些效果上的缺陷。

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為什么要用MatCap

• 左邊：

• 每一個(gè)公式都對(duì)應(yīng)了一段Shader代碼，這里展示的是局部光照，而且這里并沒(méi)有把這些公式的計(jì)算過(guò)程展開(kāi)，大家就已經(jīng)看到這么多公式了，展開(kāi)后對(duì)應(yīng)的渲染指令會(huì)更多，因此大家可以想象到這里的計(jì)算開(kāi)銷是比較大的。

• 這里還僅僅是采用了局部光照計(jì)算模型，如果我們采用更真實(shí)的基于物理的光照，也就是所謂的PBR，那么，計(jì)算的開(kāi)銷會(huì)更大！

• 右邊：

• 為什么要用MatCap？一句話說(shuō)就是：性能省、效果佳。

• 為什么性能省？是因?yàn)樗菑囊粡埣y理貼圖去采樣光照計(jì)算的結(jié)果

• 為什么效果佳？是因?yàn)檫@張貼圖直接來(lái)自于PBR光照渲染的結(jié)果，貼圖質(zhì)量高，渲染出來(lái)的光照質(zhì)量自然就高！

• 精確計(jì)算matcap節(jié)省的指令數(shù)那是另一個(gè)話題了，先說(shuō)結(jié)論：

• 大體上估算，一個(gè)較為完善的光照計(jì)算過(guò)程需要幾十條以上的圖形指令

• 而matcap只需要幾條，而且很多計(jì)算都可以在頂點(diǎn)階段完成，這樣就大大節(jié)省了性能

• 在我們學(xué)完了matcap原理后，相信大家也能理解這其中究竟省了多少渲染開(kāi)銷

MatCap原理

MatCap的基本原理比較簡(jiǎn)單：就是：

• 用一張MatCap貼圖作為渲染好的漫反射貼圖

• 用物體表面的法線對(duì)該貼圖進(jìn)行采樣

但是，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，網(wǎng)上也有不少M(fèi)atCap實(shí)踐的文章，但是對(duì)于MatCap原理的介紹都囫圇吞棗，這里我們結(jié)合實(shí)戰(zhàn)，給大家列舉一些MatCap容易被大家忽視的細(xì)節(jié)，通過(guò)這些細(xì)節(jié)，真正做到了解MatCap貼圖技術(shù)！

MatCap實(shí)戰(zhàn)

Step 1：建立正常物體表面貼圖

通常，一張貼圖可以表示物體表面細(xì)節(jié)，如上圖所示，但是該圖不能表現(xiàn)物體的漫反射光照情況，因此我們把物體表面貼圖換成用于表示漫反射光照的自發(fā)光貼圖

Step 2：替換為MatCap貼圖

這張MatCap貼圖本來(lái)用于表現(xiàn)物體的邊緣光，但是我們注意到物體的中心位置也有邊緣光效果，因此這是錯(cuò)誤的！

換成球體可能更能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：MatCap貼圖的十字中心應(yīng)位于球體中部！

Step 3：為此我們用物體表面法線對(duì)物體進(jìn)行采樣

似乎更正確一點(diǎn)了，但是MatCap貼圖被重復(fù)了四次，因?yàn)榉ň€坐標(biāo)是介于【-1，-1】~【1,1】，相當(dāng)于把uv坐標(biāo)橫豎各重復(fù)了一次

Step 4：重新映射法線坐標(biāo)到【0，0】~【1,1】

上圖是從【-1,1】重映射到【0,1】

效果不太正確，從視角方向觀察到的MatCap貼圖應(yīng)當(dāng)是一致的！

Step 5：采用視圖空間法線

我們需要采用“視圖空間”法線進(jìn)行MatCap貼圖的采樣，具體原理較為復(fù)雜，可以參考Unity小白的TA之路

效果對(duì)了！都是邊緣發(fā)光：

那么問(wèn)題來(lái)了：法線跟MatCap貼圖是如何對(duì)應(yīng)的呢？如何制作一張正確的MatCap貼圖？

這里用文字描述會(huì)不太容易理解，建議配合視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)（視頻地址見(jiàn)文末）

答案就在圖里！

拓展

用MatCap進(jìn)行卡通渲染

結(jié)合固有色貼圖獲得角色細(xì)節(jié)（有些額外細(xì)節(jié)，可以觀看視頻）

替換材質(zhì)和MatCap Shader算法可以獲得更豐富的質(zhì)感：

• 文末掃碼領(lǐng)取MatCap材質(zhì)

MatCap的缺陷

MatCap Shader代碼實(shí)現(xiàn)

• Shader Graph通常只適合用來(lái)做效果原型，在這里我們把它轉(zhuǎn)換為Shader代碼

文末加好友進(jìn)群學(xué)習(xí)如何手寫(xiě)Shader代碼，以及URP Shader

關(guān)于代碼的思考

• 同學(xué)們可以在文末跟帖討論：

MatCap進(jìn)階

• 這里只做總結(jié)，具體技術(shù)詳解請(qǐng)見(jiàn)文末視頻（手打酸了，打不動(dòng)字了~~）

• 也可以加文末好友進(jìn)TA專屬訓(xùn)練營(yíng)

面試和作品要點(diǎn)解析

• Matcap相比于PBR的性能優(yōu)化

• Matcap各類問(wèn)題的解決思路

雷蒙德老師會(huì)針對(duì)游戲公司近年來(lái)的作品和招聘要求，給各位同學(xué)一對(duì)一指導(dǎo)作品創(chuàng)作，幫助各位同學(xué)創(chuàng)作與眾不同的作品效果~

寫(xiě)在最后

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