如何在Unity中实现基于笔触的实时渲染

这篇文章给大家介绍如何在Unity中实现基于笔触的实时渲染，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

什么是基于笔触的渲染

基于笔触的渲染(stroke-based rendering，下称SBR),简单的讲就是根据图像生成笔触，然后再用笔触对图像进行重绘。这个过程实际上是模仿画家实际画画的过程，也就是观察->理解->表达的过程，画画的时候有一句话叫意在笔先也就是这个意思。具体可以看这篇关于SBR的综述：luthuli.cs.uiuc.edu/~da (luthuli.cs.uiuc.edu/~daf/courses/ComputerGraphics/01210867.pdf)。

为什么要在Unity中实现SBR

研究生的时候我是研究非真实性渲染(Non-Photorealistic Rendering，下称NPR)的，发现本质上有两种方法，一种是基于经验的研究方法，也就是没有理论根据，根据实验结果来设计渲染方法。好像有个图形学大佬说过：看起来是对的，就是对的。大概说的就是基于经验的研究方法。还有一种是基于物理模拟的研究方法，比如研究颜料的实际混色和水分的流动等等。

我发现基于经验的方法有点凭感觉，无论是设计算法还是评判结果都不好弄。基于物理模拟的研究方法又是太笨重，只是在计算机中再现了工具和颜料，而怎么画还是靠艺术家手工去画。于是我在想，怎么让计算机真的像艺术家一样去思考，去表达呢。

刚好以前接触过一点计算机视觉，于是在想有没有一种基于视觉的研究方法，让计算机去理解图像，然后像人一样去画，也就是渲染，而不是用一堆滤波器。

那时候用了opencv去做图像分割，然后计算图像的显著度（saliency），再根据显著度生成笔刷，最后用cuda并行地渲染笔刷，做了这样一个离线版本的SBR。效果还不错，但是工作之后这个研究就放下了。

最近开始学习Unity的Compute Shader，发现跟cuda很像，于是又想起了SBR，感觉用Unity可以在后处理中实现的SBR，于是做了一些尝试。

具体的实现方法

所有处理都写在post processing stack的render里面，流程大概如下：

其中梯度张量的经过高斯平滑后，称为平滑化梯度张量，求法如下：

IGa为高斯滤波的卷积运算，px为sobel算子计算的x方向的梯度，py为sobel算子计算的y方向的梯度。至于为什么用SVD分解求得的第二特征向量来计算旋转矩阵，那是因为第一特征向量（主特征向量）表明的是变化最大的朝向，而第二特征向量与之正交，所以可以用来表明笔触的流向。

渲染结果：

左边为原帧，右边为SBR渲染后的效果：

基于笔触的实时渲染

另外，笔触的间隔和的大小可以调节出不同的效果：

笔触的间隔和的大小可以调节

不同笔触纹理可以有不同的渲染效果：

代码

(github.com/alpacasking/SBR)

时间有限，现在只写了最基本的流程，其实还有很多东西值得做，比如：

• 根据深度纹理检测前景和背景，从而生成不同密度和大小的笔触

• 利用CV相关知识分析理解图像再生成笔触

• 同时用不同的笔触纹理渲染

• 让每帧之间的笔触衔接得流畅

• 可以为油画，水彩风格等做进一步的研究

有时间的话会慢慢加上的，各位有兴趣的话也可以自行魔改。

关于如何在Unity中实现基于笔触的实时渲染就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。