作者最近有些忙哈哈哈，连这篇文章还在年前拖到了年后才更新完成！这里只简单比较叙述多pass的基本原理，与毛发各种的渲染模拟的比较等等，后续会更详细描述毛发相关的渲染~
毛发渲染模拟的简介：
毛发渲染一直是实时图形学的难题，因为其光照复杂，数量众多，物理效果不好抽象等。所以才有了多pass的毛发、面片（card）与Mesh实现毛发、Marschner毛发模型、 Kajiya-Kay模型等等。毛发的渲染模拟按照适用范围大概分为几种：长发或者短毛发。其中人类主要是长发居多、动物的毛皮主要是表现为短发当然它们的适用范围也不同，动物的短毛皮比人类头发更加复杂，一种是表层的长毛（被毛），另一种是内层的绒毛（更加细小、弯曲）就适合使用混合的多pass实现。
毛发模拟的几种方式：
毛发的物理‘：
- K帧动画：技术实现简单，通过使用不同移动方向播放不同动画来实现。优点：技术简单，性能消耗最低。缺点：堆人力，需要大量的美术人员及其工作耗时；
- Dynamic Bone 动态骨骼，优点：性能消耗低，在移动端表现良好。缺点：无自碰撞、无法拉伸可能会发生自穿插。另外一方面DynamicBone所有计算都不考虑时间因素，所以同样弹簧参数不同更新频率参数下表现会非常不同，加大了调参难度。详细请看我另一篇文章移动端布料的模拟 -基于DynamicBone的实现。
毛发的渲染：
- phong,就不必多说优点：算法简单好实现，无技术难度，计算量不大性能消耗低；缺点：经验模式，不真实。
- KaijiyaKay，基于卡通的毛发渲染，是基于经验的着色模型，也就是并不是完全的着色物理正确。在Kajiya-Kay模型中，头发纤维被抽象化为一个不透明的圆柱体，不能够透射和产生内部反射。因此，Kajiya-Kay模型不能表现一些肉眼观察到的头发效果，同时也是能量不守恒的。在kajiya中，光照主要分为diffuse和Specular。现代动画中常见。缺点：莫名的高光，不是基于真是的渲染是NPR。
-
Marschner(siggraph03) 是除Kajiya-Kay模型外另一个应用广泛的头发着色模型。Marschner模型将头发纤维抽象为一个透明的椭圆柱体。其将有相关散射的光路，最主要的三个光路R“光线从头发丝表面反射给view”，
TT“光折射进头发然后反射给view”，TRT“光线折射进头发丝，再内部反射后最终折射给观察者”。优点：真实，经典算法；缺点：消耗大；
多RenderPass渲染原理：
说多pass前先说一下什么是单pass,简单来说一个pass就是走完图形渲染底层一个渲染流程，（从顶点计算 着色 光栅化等这一套流程）从而得到一帧数据的过程；multi-pass就是多pass也就是渲染一帧需要多个pass来配合完成最后那一帧的效果的过程。
一个物体我们需要多次渲染，每个渲染过程的结果会被累加到最终的呈现结果上或者说是一个RenderTarget(FBO 离屏渲染)，所以往往多PASS往往又与透明相联系；至于为什么需要多pass当然是因为一个pass无法满足我们的需求，就比如“Z-prepass”、“多pass短毛发的渲染”。 pass之间是相互依赖的，后边的pass会用到前面的pass数据（深度、几何信息、alpha），最后的pass出来的数据才是帧缓冲中的数据。（这里作者遇到了一个Bug，多pass毛发透底，就是渲染的顺序问题，alpha值的叠加问题！）
虽然不管引擎做了什么抽象比如unity的多pass只需要写一次代码剩余使用配置来，但本质上就是一系列drawcall的集合， 这类DrawCall通常有着类似的属性，并且按照一定的顺序执行，绘制结果通常保存在一张RT中，作为输入供后边使用****。一次FBO bind 当前所有绘制指令 unbind FBO解绑绘制指令。所以现代的引擎中有各种各样的pass 比如unity 或者UE大致分为了 Reflection Pass，Shadow Pass、 highlights pass、Global illumination pass、Light Pass、 Pre-Z、 还有一种比较特别的pass ——后处理的全屏pass，这种pass只绘制两个或者一个三角形，但也称为一个pass。
如上所说的
多PASS实现毛发的渲染
大致是实现流程：
分为两步，也可以说分为两种材质（可以通过宏编译来划分一个sahder，根据不同的引擎有不同的做法但是原理相同，大同小异而已）
一、材质一是一个底图，不开启透明混合的底图（理解：想象一下毛发底下是皮层是不透明度），但是该有的噪声纹理还是要有。然后只需要设置要渲染毛发的Mesh的材质setMaterial(furmMat1) 然后draw() 即可。
二、材质二就是多pass,需要开启透明混合，同样需要噪声纹理同样纹理的采样环绕方式是四方连续环绕模式GL_MIRRORED_REPEAT
，噪声纹理的噪声就是毛发生成的位置！然后每一次pass都要设置一个FUR_OFFSET参数，在opengl中是0到1 的一个范围，可以等于1 不能为0；该项就是毛发layer朝着法线normal方向的偏移量（理解：想象一下一层一层的挤出去）所以毛发长度越长需要的pass数量越多，即层数越多也就是Draw的次数越多！比如pass 10 层偏移FUR_OFFSET = 0.1，没层+0.1；pass 25 层0.04；在毛发的片元函数中，把noise的灰度输出到alpha，并且让alpha值随着层数衰减，至此我们已经完成了多pass毛发原理的主要部分。
根据RenderPass渲染原理，别看unity或者UE 看起来多pass 实现原理很难，其实很简单的（引擎只是做了一些便捷化的操作）伪代码如下：
local defaultMat //不透明底图
local furMaterial //透明
render(){ //渲染循环中
furFbo:bind()
for (i = 1, passCount>i, i++)
if(i == 1){
model:setMaterial(defaultMat)
model:draw()
}
else
{
flurMaterial:getParmeter():setFloat(i - 1) //设置偏移量（根据需求来设置）
model:setMaterial(furMaterial)
model:draw()
}
end
furFbo:unbind()
}
一次draw就是一个pass,对应的材质设置即对应的drawcall，及其排序也跟循环顺序一致。alpha值根据各个层pass叠加。（这里作者遇到了开启循环大于一多pass的时候一个透底的Bug，只draw不透明是正常的，是由于FBO的问题用的第一层alpha值）alpha值多少看你选择的blend类型，alpha不支持交换律一层一层叠加，如果中途被不开启混合的叠加加直接使用不开启混合的！
优点：多pass毛发能在移动端实现毛发的渲染！如上面谈论的一样，毛发的渲染有很多方式，然而类似UE的groom毛发系统等通用毛发物理实现,长短毛发都可以，但是在移动端消耗性能非常庞大所以并不太适合移动端。所以目前在移动端实现毛发渲染而且性能效果不错的也就啊它了。
缺点：
• 多pass的制作方式，无法制作头发这样的长毛，只能制作较短的毛发。
• 要有比较好的效果， 就需要非常多的pass来进行计算， 因为移动平台对大量Overdraw这样的像素级处理是非常大的一笔开销。
如图中的毛发模型所示，它把毛发分成了很多层。每一层，顶点往法线方向“生长”一点点，通过控制每一层的alpha值来实现毛发从根部到尖部逐渐变小，每一层只渲染alpha大于0的顶点，再利用一张噪波图来控制alpha值，就可以调出一个毛发模型。
能模拟真实毛发衣服比如我最近春节年前买的衣服 休闲仿羊羔绒外套的效果，在我最近做的虚拟衣服中就是这样的例子。
头发的光：
环境光、轮廓光、太阳光各项异性高光：毛鳞片，头发的组成部分。头发主要由表皮层、皮质层、膸质层组成，而表皮层是由许多细小的鳞片重叠而成，这就是我们所说的毛鳞片，它可称为一种保护层。发丝上的小鳞片排列整齐，会折射更多的光线，头发将显得亮丽动人；如保护不当、用力梳刷、吹发或经常洗发、烫发、染发等都会损害头发的表皮层，使头发失去亮泽。完整的毛鳞片，平滑、边缘整齐未受损伤。 具平滑的毛鳞片，头发柔顺、亮泽，易于梳理。毛鳞片损伤、毛鳞片拱起或被坏，头发开始失光泽，手感粗糙。损失部分毛鳞片，使皮层暴露，头发变得粗糙呆板。毛鳞片的进一步损失使皮层变弱以致干枯，导致头发开叉。
轮廓光：
轮廓光其实也是环境光的一部分。这里单独给轮廓光计算，也只是弥补环境反光的不足，同时加一些可控项，同时也和上面的一样，物体的颜色越浅，轮廓光穿透率越强；反之颜色越深，轮廓光穿透率越弱。
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-464268.html
参考资料：
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毛发渲染总结文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-464268.html
到了这里，关于毛发渲染（一）--基于多pass透明混合的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
