UE4.26 Custom Cartoon ShadingModel
尝试在UE4.26中实现卡通渲染，因为ue中想要自定义光照非常的麻烦，因此做了许多妥协，也为了某些效果修改了些许源码，在这里做些记录。
一、ShadingModel
要想在ue中实现一些自定义的shading，就需要添加ShadingModel来实现
二、TextureSampler
添加完自定义的ShadingModel之后，就可以开始写shader了，但是又会发现一个问题，在BxDF内，怎么采样贴图呢？ 如果想要采样一张rampMap，就需要先计算出x轴，然后再采样，但是ue似乎只能在材质连连看里采样完之后再传入到GBuffer，之后再在BxDF里使用，这样明显不能满足要求，因此需要换一种方法。
ue里有一个名为"PreintegratedSkinBxDF"的Shader，代码如下
可以看到，这里是进行了贴图采样的，而这张贴图，是存放到特定目录下，在编译器运行时直接加载供之后随时调用。所以就可以采用这种方法，添加各种自定义的贴图了。
具体添加方法如下：
三、BxDF
修改完上面的东西就可以开始写shader了，所有的BxDF都在ShadingModels.ush内。
这里有几个参数需要注意，Falloff是光照的衰减，如果要使用点光源就需要对最终的结果乘上这个值。
Shadow里包含很多阴影的参数，可以通过Shadow.SurfaceShadow来得知当前像素是否在阴影内，但是默认情况下在BxDF阶段会直接跳过阴影区域，所以要在LightPass阶段做下判断，在卡渲时对阴影部分也进行处理。只需要在"DeferredLightingCommon.ush"内修改LightAccumulator_AddSplit即可。
//
if(GBuffer.ShadingModelID == SHADINGMODELID_CARTOONDEFAULT || GBuffer.ShadingModelID == SHADINGMODELID_CARTOONSKIN || GBuffer.ShadingModelID == SHADINGMODELID_CARTOONHAIR )
{
LightAccumulator_AddSplit( LightAccumulator, Lighting.Diffuse, Lighting.Specular, Lighting.Diffuse, LightColor * LightMask , bNeedsSeparateSubsurfaceLightAccumulation );
}
else
{
LightAccumulator_AddSplit( LightAccumulator, Lighting.Diffuse, Lighting.Specular, Lighting.Diffuse, LightColor * LightMask * Shadow.SurfaceShadow, bNeedsSeparateSubsurfaceLightAccumulation );
}
光照计算：
原神有一张LightMap，在G通道里存了AO信息。A通道是用来区分不同的材质，例如神里的这张，1.0 对应皮肤，0.5 是衣服的部分， 0 是硬的盔甲。对不同部位采样不同的RampMap。
这里我是将HalfLambert与阴影区域和AO计算之后作为横轴采样RampMap。原神的RampMap有些不一样，颜色跨度大的区间在右侧，而一般的RampMap是在0.5的地方，所以这里我用了一根曲线去调整。
//AO
float ToonSelfShadow = GBuffer.Offset.g * 2.0f ;
//用log调整横轴的范围
float ToonNoL = saturate(-log(1 - HalfLambert * Shadow.SurfaceShadow * ToonSelfShadow));
//ramp 上半部分 (这里只采样了上半部分，也就是只有白天的情况)
float RampRange[] = {0.05, 0.25, 0.15, 0.35};
int RampY = floor(GBuffer.Offset.r * 2 + 0.1);
float3 AyakaBodyRamp = Texture2DSampleLevel(View.AyakaBodyRamp, View.AyakaBodyRampSampler, float2(ToonNoL * 0.9997, RampRange[RampY] ), 0).rgb;
Lighting.Diffuse = AreaLight.FalloffColor * Falloff * (Diffuse_Lambert(GBuffer.DiffuseColor) * AyakaBodyRamp + Rimlight);
边缘光：
这里我直接用了菲涅尔。本想用边缘检测来做但是现在还不会在ue加pass，只能在后处理做，之后能加pass了再修改这里。
// rimlight
float Rimlight = ( 1.0f - smoothstep(RimRadius, RimRadius + 0.03f, Context.NoV)) * RimIntensity * (1.0f - (Context.NoL * 0.5f + 0.5f)) * Diffuse_Lambert(GBuffer.DiffuseColor);
高光：
高光分为两种情况，正常的高光与金属区域的高光。正常区域的高光就使用BlinnPhong模型再做一个step。金属区域需要做一个额外的处理，让它根据角度的不同有三个层次的颜色，可以通过对一张MetalMap采样才计算，这张图的中间为1，两边为0。也可以通过计算得到一个符合这张图变化的公式。
//高光 range.g -- 高光形状 range.b -- 高光大小
float3 SpecularColor = Diffuse_Lambert(GBuffer.DiffuseColor) * GBuffer.Range.g;
float SpecularContrib = step(GBuffer.Range.b, Context.NoH);
//金属区域 拟合一个MetalMap
float MetalDir = 1 - saturate(Context.NoV);
float MetalRadius = saturate(1.0f - MetalDir) * saturate(1.0f + MetalDir);
float MetalFactor = saturate( step(0.65f, MetalRadius) + 0.25f ) * 0.5f * saturate( step(0.4f, MetalRadius) + 0.25f ) * 6.5f;
// range.r -- 金属区域范围
float MetalRange = GBuffer.Range.r;
float3 MetalColor = Diffuse_Lambert(GBuffer.DiffuseColor) * MetalRange * MetalFactor * saturate(0.25f + ToonNoL);
Lighting.Specular = AreaLight.FalloffColor * Falloff *( SpecularColor * SpecularContrib + MetalColor);
头发：
原神的头发高光是固定了区域的，因此只需要把上面正常的高光稍作修改，给一个最小值，或者用smoothStep将区域扩大，就可以实现一样的效果。
//高光 range.g -- 高光形状 range.b -- 高光大小
//头发处高光 平滑的范围加大，这样暗处也基本都会有一些高光存在
float3 SpecularColor = Diffuse_Lambert(GBuffer.DiffuseColor) * GBuffer.Range.g;
float SpecularContrib = smoothstep(0.0f, GBuffer.Range.b, Context.NoH);
脸部：
通过采样SDF图来对脸部阴影进行平滑处理。
float FaceShadowRange = dot(normalize(Front.xy), normalize(L.xy));
float SwitchShadow = dot(normalize(Right.xy), normalize(L.xy)) * 0.5 + 0.5 < 0.5;
float FaceShadow = lerp(LightMap, 1 - LightMap, SwitchShadow);
float FaceLight = 1 - smoothstep(FaceShadowRange - 0.1 , FaceShadowRange + 0.1, FaceShadow);
return FaceLight;
描边：