本文将介绍非真实感渲染NPR的概念，以及一些NPR的思路（如描边，渲染草、头发，模型表面打线等）。

概念

真实感渲染的目标就是结果跟照片一样真，相对的，非真实感渲染的目标就是结果要有某种艺术风格。在实时渲染中，非真实感渲染实际上就是先得到真实的渲染结果，然后进行快速且可靠的风格化。

NPR可被应用于艺术、可视化、工业、教育、游戏等领域，它们通常有一些鲜明的艺术风格，如描边、明显色块、表面打线等。

风格化的重点

描边

边的类型

如图，物体的“边”可分为四种类型：

• [B]oundary / border edge：物体与外界的边界；
• [C]rease：物体内部的“折痕”；
• [M]aterial edge：材质的边界；
• [S]ilhouette edge：首先满足B，且由物体多个面共享的边。

如何描边

可以通过着色的方式描边：

如图，描“S边”，观察方向和法向量方向几乎垂直时，就可认为是“S边”。然后将这片区域变暗，效果可能不太好。

※也可以通过几何方法来描边：

比较朴素的版本是用两个模型来渲染：原模型和一个稍微比它大点的模型，然后将大模型作为小模型的“描边”。（就像LearnOpenGL中模板测试那一节）。

比较高效的版本是将模型分为正向面和反向面，如下图，正向面作为原模型，反向面将其扩大一圈作为正向面的“描边”。

※还可以通过图像后处理的方描边：

可以利用不同的卷积核对渲染结果进行后处理，例如使用Sobel detector作为卷积核，也能根据屏幕法线、深度贴图来判断边界。

色块

让风格化具有色块(Color Blocks)效果主要有两种方法：

• 硬着色（Hard Shading）：在着色时进行阈值化，阈值化可以不仅是二值化。
• 海报化（Posterization）：对最终渲染结果（图片）进行阈值化。

阈值化就是针对不同的条件对渲染效果做出调整：

并且不同色块的渲染效果可以自由组合：

表面打线

表面打线（Strokes Surface Stylization），即在模型表面处有类似素描般效果的风格化。

表面打线的思路就是根据着色结果（如亮暗）给这片区域应用不同密度/分布的TAMs（Tonal art maps），其中，TAMs就是不同密度/分布的划线贴图。

总结

• NPR是艺术驱动的，如何将艺术家的需求正确实现很重要，这需要多和艺术家交流。
• 每个角色，甚至他的每个部分都可能有不同的NPR
• NPR效果好不好，还取决于它的基础——风格化之前的真实渲染结果。

参考资料

• GAMES202: 高质量实时渲染 (ucsb.edu)