卡通材质

Simple & Easy Toon Shading With HLSL

用 PixelNormalWS + DDX/DDY 提取曲率 / 边缘遮罩

基本原理

在材质中，用 PixelNormalWS（世界空间像素法线） 配合 DDX / DDY 偏导数，计算屏幕空间下法线的变化率：

法线方向一致的区域 → 变化率小 → 输出接近 黑色（低值）。
表面转折剧烈的区域（边缘、拐角、凹凸处）→ 法线变化大 → 输出接近 白色（高值）。

这样可以快速得到一个简易的 曲率遮罩 或 边缘提取遮罩，常用于边缘光、磨损、脏迹、高光强化等效果。

参数控制：Thickness（粗细）与 Contrast（对比度）

为进一步可控，加入两个输入参数：

Thickness（粗细）：用常数节点给默认值，把 DDX/DDY 得到的 edgeDetails 除以 Thickness，用来缩放边缘细节的宽窄。
Contrast（对比度）：用常数节点给默认值，对结果做一次对比度拉伸/压缩，让边缘更锐或更柔。

最后把调整后的边缘值 saturate 一下，cheaply clamp 到 0–1 范围，确保输出规范。

卡通着色：用高光、中间调、阴影覆盖光照

思路

计算光照强度后，用指定的颜色覆盖原本着色，分别控制 阴影（Shadows）、中间调（Midtones） 和 高光（Highlights）。

简化漫反射

可以用简化版 Lambertian 反射模型 来近似计算漫反射光照：

参数设置

添加三个颜色输入：

In1：阴影色（Shadow）
In2：中间调色（Midtones）
In3：高光色（Highlights）

同时添加 Threshold（阈值） 参数，用来划分三个色调的过渡范围。

加入 Softness（柔和度）

增加一个 Softness（柔和度） 控制，用来调节色调过渡的软硬程度：

Softness 高 → 过渡平滑，类似喷枪（airbrushed）效果。
Softness 低 → 过渡硬切，卡通感更强。

这需要稍微改造一下原有代码。

与边缘 / 曲率遮罩结合

最后把卡通着色和之前做的 Edge/Curvature Mask 结合起来。这里用最简单的方式：

把边缘遮罩取反（invert）。
与卡通着色结果相乘。
用 saturate 把结果限制在 0–1 范围内。

这样边缘区域就不会被卡通着色完全覆盖，产生常见的描边或边缘提亮效果。

半调图案（Half-Tone Pattern）

效果描述

半调图案是一种常见的漫画/印刷风格效果：暗部（亮度低）显示大圆点，亮部（亮度高）显示小圆点，整体看起来像网点纸。

核心代码

// 1. 计算亮度
float luminance = dot(color, float3(0.299, 0.587, 0.114));

// 2. 用 UV 生成棋盘/圆点网格
float dist = length(frac(uv * tiling) - 0.5);

// 3. 暗部越大，亮部越小
float radius = (1.0 - luminance) * maxSize;

// 4. 圆点内部为深色，外部保持原色
return lerp(1, 0.5, step(dist, radius));

亮度公式说明

代码中使用的亮度公式是：

L = 0.299R + 0.587G + 0.114B

这是 BT.601（Rec.601） 亮度计算公式，用于把 RGB 图像转换成符合人眼视觉感知的灰度亮度。该标准来自早期模拟电视（标清/NTSC/PAL），用来从 RGB 中分离出 YUV 色彩空间里的 Y（亮度）信号。

常用亮度公式对比

标准	公式	适用场景
BT.601（当前代码使用）	`Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B`	老视频、复古 Shader、半色调/漫画网点、传统调色
BT.709	`Y = 0.2126R + 0.7152G + 0.0722B`	HD/4K 视频、sRGB 显示器、现代影视渲染

代码说明

行	作用
`luminance`	用标准 RGB 权重计算亮度。
`frac(uv * tiling) - 0.5`	把 UV 重复平铺，并把坐标原点移到每个单元中心。
`length(...)`	得到当前像素到单元中心的距离。
`radius`	由亮度决定圆点半径：越暗半径越大。
`step(dist, radius)`	距离小于半径时为 1，表示在圆点内部。
`lerp(1, 0.5, ...)`	圆点内部输出 0.5，外部输出 1，形成黑白网点。