Unity Shader 卡通渲染 模型描边之退化四边形

前言

一、基于空间的边缘检测算法

二、退化四边形

三、Unity中的CommandBuffer和ComputeBuffer

四、构成描边的简单实例

五、模型描边的实现

之前写了一篇《Unity Shader 卡通渲染 实时模型动画描边的研究》，因为对unity3d的渲染工具不太熟悉，用了一种又较笨、又不太现实的方法进行边缘检测，写得也不是很好。最近在搜索无意间搜到一篇文章了CommandBuffer.DrawProcedural examples，发现unity3d可以自定义渲染指令。简单的探究后，发现它可以让着色器使用自定义数据缓冲（ComputeBuffer）来绘制图形。

在《Unity Shader 卡通渲染 实时模型动画描边的研究》中提到的算法是基于空间几何的边缘检测算法。模型上一条边（构成三角面的边）是否要描绘出来由以下情况决定：

很容易得出：是否要绘制边需要它的相邻三角面信息，那么最少也要4个顶点。在《Unity Shader 卡通渲染 实时模型动画描边的研究》描述到了一种基于GPU的算法，把4个顶点作为顶点着色器的输入并绘制，这样就可以在顶点着色器运行。然而，文中并没有使用这个算法，可能当时文中使用的引擎不支持？

在Unity中是支持这种做法的，提供的工具是CommandBuffer和ComputeBuffer。

把复杂对象A当做简单对象B来简化运算，有一个形象的名字叫作“退化对象A”。这里是把四边形当做顶点来简化运算，所以这个（包含了4个顶点数据）四边形就叫“退化四边形”。因此退化四边形即可叫边，可叫2个三角面，也可叫4个顶点。

在动手前先来简单介绍下需要使用的工具类。

ComputeBuffer是GPU数据缓冲区，主要用于计算着色器（ComputeShader），可通过Material.SetBuffer在任意材质上使用。

CommandBuffer是一系列需要执行的图形指令，主要作用是扩展Unity3d渲染管线，可在Graphics.ExecuteCommandBuffer，Camera.AddCommandBuffer，Light.AddCommandBuffer上执行。

CommandBuffer有一个DrawProcedural绘制过程几何的方法，这个方法给顶点着色器的参数是SV_VertexID和SV_InstanceID，而不再是顶点数据。其中SV_VertexID代表的是索引号，这个索引号应该和通过Material.SetBuffer传入的某些ComputeBuffer一一对应。

在这里这些ComputeBuffer就是我们退化四边形的数据（4个顶点数据），一般的还会传入顶点ComputeBuffer、顶点法线ComputeBuffer等，或者其他任何你想要的数据。

完整的描边实现步骤并非一步到位，而是由各个简单的实例测试后拼接起来。

实例1：遍历模型找出所有退化四边形并保存起来。

退化四边形和三角面索引一样，模型建成后顶点的索引都不会改变，因此可保存，并且要求没有重复退化四边形（为了提高性能）。因此创建一个继承了ScriptableObject的DegradedRectangles类来完成这个实例。

下面给出DegradedRectangles.cs部分代码