原文：《Unreal Engine 4 Cel Shading Tutorial》
开发逼真的游戏对于虚幻4引擎来说很容易，因为引擎支持基于物理的渲染。这个模型模拟了光线如何与材料相互作用，从而产生了逼真的画面。然而，如果你想开发一款具有风格化外观的游戏，你就需要探索其他的技术。
实现风格化外观的一种方法是使用卡通渲染（Cel-Shading或者Toon-Shading）。这种技术模拟了一般用于卡通和动画中的着色。你可以在《Jet Set Radio》、《塞尔达传说：荒野之息》和《重力眩晕》（Gravity Rush）等游戏中看到这方面的例子。
在本教程中，你将学习如何:
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创建并使用后期处理材质（Post process material）
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创建一个卡通着色器（Cel Shader）
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将卡通着色器仅仅引用于场景中某些网格模型
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使用查找表（LUT）控制色带划分
注意：本教程假设你已经知道使用虚幻引擎的基础知识。如果你是虚幻引擎的新手，你应该首先回顾一下我们前面的10部分虚幻引擎初学者教程系列。
注意：本教程是虚幻引擎着色器教程系列的四个部分中的一部分：
第一部分：卡通渲染（Cel-Shading）（你在这儿）
第二部分：卡通描边（Toon Outlines）
第三部分：使用HLSL定制着色器
第四部分：油画滤镜
开始
下载初始工程并且解压缩。打开项目文件夹并打开CelShader.uproject。你会看到下面的场景：
我们将对这个角色使用卡通着色。在开始之前，你要知道什么是卡通着色。
什么是卡通着色？
卡通着色是指使用多个色带来渲染某个物体，而不是用连续过渡的色彩来渲染。
以下是《塞尔达传说：荒野之息》中的卡通渲染的例子。注意，只有角色使用了卡通着色而背景没有。
在这个画面中，有三个色带。一个是阴影，一个是中间色调，一个是高光。
一个常见的误解是，如果某个物体有描边，它就是卡通渲染。《无主之地》就是一个例子。虽然这个游戏有一个风格化的画面，但它不是卡通渲染。可以看下面的图片。注意，角色并非使用色带来渲染。
虽然描边并不是卡通渲染，但它们经常组合在一起使用。这有助于使图像看起来像是手绘的。你会在诸如《罪恶装备Xrd》（Guilty Gear Xrd）和《龙珠战士Z》（Dragon Ball FighterZ）等动画风格的游戏中看到很多这种情况。
下一章，你将会学习到如何实现卡通渲染。
卡通渲染的方法
最常用的方法是比较表面方向（也就是法线方向）和光线方向。通过计算法线和光线方向之间的点积，你将得到一个介于-1和1之间的值。
值为-1意味着表面和光线朝向相反的方向。0表示它们互相垂直。1表示它们朝向同一个方向。
通过对点积设置阈值，可以创建多个色带。例如，如果点积大于-0.8，你可以指定较深的颜色。如果点积小于-0.8，指定一个浅色。这将创建一个有着两个色带的卡通着色器。
这种方法的限制是其他光线不能影响卡通着色的对象。同样，其他物体不能在卡通着色的物体上投影。
要解决这个问题，你需要使用不同的方法。不计算点积，而是计算表面的亮度。然后，你可以在阈值间使用这个值而不是点积。
现在，你知道什么是卡通着色器和它是如何工作的了，是时候创建一个了。
创建卡通着色器
本教程中的卡通着色是一种后期处理的效果。后期处理允许你在引擎完成渲染后更改图像。常用的后期处理有景深、运动模糊和Bloom等。
要创造你自己的后期效果，你需要使用后期处理材质（post process material）。打开工程中的Materials文件夹并创建一个新的材质。重命名为PP_CelShader并打开它。
要将材质转换为后期处理材质，你需要改变它的材质域。进入“细节”面板，并且修改材质域为后期处理。
创建卡通着色器的第一步是计算每个像素的亮度，我们称之为亮度缓冲区（lighting buffer）。
计算亮度缓冲区
当虚幻将图像渲染到屏幕上时，它将一些通道存储到一些缓冲区中。为了计算亮度缓冲区，你需要访问其中的两个缓冲区：
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后期处理输入：一旦虚幻完成了光照和后期处理，它将把图像存储到这个缓冲区。如果你不进行进一步的后期处理，这将是虚幻向玩家显示的内容。
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漫反射颜色：这是没有任何灯光和后期处理的场景。它将包含屏幕上所有东西的漫反射颜色。
要访问这些缓冲区，你需要在材质蓝图中使用SceneTexture节点。创建一个并选中它，进入“细节”面板。要访问后处理输入缓冲区，将场景纹理ID更改为后期处理输入0。
要访问漫反射颜色，创建另一个SceneTexture节点。改变它的场景纹理ID为漫反射颜色。
亮度缓冲区应该只包含灰度值（描述物体有多亮的）。这意味着你不需要来自两个缓冲区的颜色信息。为了丢弃颜色，将两个SceneTexture节点的Color输出连接到一个Desaturation节点（去饱和度节点）。这将完全去掉这两个缓冲区的饱和度。
要计算亮度缓冲区，只需要用SceneTexture:后期处理输入0除以SceneTexture:漫反射颜色。顺序在这里很重要！
然后，使用Clamp使值保持在0到1的范围内。这使得使用阈值更加容易，因为你可以知道你的可能的值。
这里是一个可视化的亮度缓冲区：
如你所见，被照亮的区域更接近白色，而未被照亮的区域更接近黑色。
接下来，你将使用亮度缓冲区创建一个阈值。
创建阈值
对于这个卡通着色器来说，任何大于0.5的像素都将使用普通漫反射颜色。小于0.5的像素将使用一半亮度的漫反射颜色。
首先，创建一个If节点，用来比较两个值。然后可以根据比较结果指定不同的输出。
接下来，连接Clamp到A输入。然后，创建一个值为0.5的Constant，并将其插入B输入。
注意：可以通过改变B输入的值来改变阈值。
要获得颜色，需要创建一个SceneTexture节点，并设置它的场景纹理ID为漫反射颜色。然后，将Color乘以0.5来得到一个一半亮度的漫反射。
最后，像这样连接所有节点：
总结：
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Desaturation节点将后处理输入和漫反射颜色转换为灰度图像。
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用Divide节点来实现后处理输入除以漫反射颜色。这将得到亮度缓冲区。
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Clamp节点将使得值保持在0到1的范围内。
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If节点使得亮度值大于0.5的像素输出正常漫反射的颜色。如果亮度值小于0.5那么将输出一半亮度的漫反射颜色。
现在你有了卡通着色器，你需要将它应用到场景中。
使用后期处理材质
要使用后处理材料，您需要创建后期处理体积。这些通常用于控制后期处理效果，例如白平衡、饱和度和对比度。
点击应用，然后返回主编辑器。要创建后期处理体积，请转到“放置actor”面板并选择“体积”类别。然后，将一个后期处理体积拖到视口中来创建它。
现在你需要告诉后期处理体积使用卡通着色器。选择后期处理体积，转到“细节”面板。之后，找到“渲染功能/后期处理材质”并点击“+”图标。这将向数组中添加一个新的条目。
接下来，点击“选择”下拉框并且选择“资产引用”。
这将允许你选择一个材质。点击“无”下拉菜单并且选择“PP_CelShader”。
默认情况下，后期处理体积只在相机在它里面时生效。然而，在这个例子中，你希望它影响整个世界。为此，向下滚动到“后期处理体积设置”并且启用“无限范围（未限定）”。
现在，卡通着色器被应用到整个图像，你会看到：
“等等，这看起来不像你之前展示的卡通着色器！”
它看起来不同的主要原因是引擎在色调映射之后应用了卡通着色器。为了解决这个问题，你需要告诉引擎在色调映射之前应用卡通着色器。
色调映射之前应用卡通着色器
在向玩家显示图像之前，虚幻会执行一个名为“色调映射”（Tonemapping）的过程。色调映射的一个原因是让图像看起来更自然。它的工作原理使：取一个输入颜色，然后使用曲线将它转换成一个新值。
下面是两个后处理输入缓冲区的图像。一个在映射前，一个在映射后：
如你所见，色调映射前的高光太亮了。然而，在色调映射后，明亮的区域变得更加柔和。
色调映射在大多数情况下是好的。但是，由于在计算中使用的是“后期处理输入”缓冲区，因此需要它的原始值。
打开PP_CelShader，并且确保你没有选择任何东西。然后，转到“细节”面板并找到“后期处理材质”部分。将“可混合位置”设置为“色调映射前”。
点击“应用”，然后返回主编辑器。颜色现在看起来好多了！
在下一节中，你将学习如何只对特定对象应用卡通渲染。
隔离卡通着色器
要隔离后期处理效果，需要使用自定义深度(Custom Depth)功能。就像“后期处理输入”和“漫反射颜色”一样，这是一个你可以在后期处理材料中使用的缓冲区。
在你学习什么是“自定义深度”之前，你应该知道场景深度缓冲是什么。“场景深度”存储了每个像素距离相机平面的距离。下面是“场景深度”的展示：
“自定义深度”存储了相同的信息，但只针对你指定的网格。这里是一个将viking模型渲染到“自定义深度”的展示：
通过比较“场景深度”和“自定义深度”，你可以将卡通效果和逼真效果隔离开。如果“场景深度”小于“自定义深度”，则使用普通图像。如果“场景深度”大于“自定义深度”，使用卡通着色的图像。
第一步就是渲染viking模型的“自定义深度”。
使用自定义深度
进入世界大纲视图并选择SK_Viking。然后，转到细节面板并找到“渲染”部分。接下来，启用“渲染自定义深度通道”。
接下来，你需要进行深度比较。打开PP_CelShader并创建以下设置：
注意：“Mask (R)”节点是“Component Masks”。它允许你将多通道数据转换为标量。你需要屏蔽场景深度和自定义深度的原因是If节点只接受A和B输入的标量。
然后，连接卡通着色网的输出到A > B。最后连接If节点里你刚刚制作成“自发光颜色”的输出。
现在，只有渲染到自定义深度的网格将有卡通着色效果了。
点击“应用”，然后返回主编辑器。你会看到现在只有viking模型有卡通着色效果了。
卡通着色器工作得很好，但它有点简单。如果你想要两个以上的色带呢？如果你想在色带之间创造一个柔和的过渡呢？你可以通过使用查找表（LUT）来实现这一点。
什么是查找表（LUT）？
你小的时候，学过乘法是什么。然而，那时候太小了，你的头脑可能无法进行这些计算。你可以用乘法表来“查找”答案，而不是计算。
这就是LUT的本质。它是一个可以通过输入访问的值数组（通常是预先计算的）。在乘法表的例子中，输入是乘数和被乘数。
在这个卡通着色器的上下文中，LUT是带有某种梯度的纹理。以下是四个LUT的示例：
目前，计算阴影颜色的方法是将漫反射颜色乘以常量0.5。这里将使用LUT中的一个值，而不是乘以常量0.5。通过这样做，你可以控制色带的数量和它们的转换。你可以通过LUT的外观来知道如何着色的。
在使用LUT之前，你需要更改它的一些纹理设置。
改变LUT设置
打开Textures文件夹并且打开T_Lut_01。这是LUT的样子：
需要更改的第一个设置是sRGB。当渲染时，虚幻将会把所有启用了sRGB的纹理转换为线性颜色。基本上，这使它更容易为虚幻执行渲染计算。
sRGB设置对于表示外观的纹理来说很好。然而，像法线贴图和LUT这样的纹理，保存了用于数学计算的值。因此，虚幻应该保证它们的值是正确的。通过禁用sRGB，虚幻将不会执行颜色空间的转换。
为此，取消掉sRGB的复选框。你可以在“纹理”部分找到这个设置。
你需要改变的下一个设置是纹理平铺的方式。因为你没有显示这个纹理，所以没有必要平铺它。此外，启用平铺将在贴图边缘采样时产生问题。例如，因为选了平铺，如果你从贴图的左边缘采样一个像素，它将尝试混合到贴图的右边缘。
要禁用平铺，请将“X轴平铺法”改为“限制”。对“Y轴平铺法”也做同样的操作。
设置完毕。现在你需要在后期处理材质中使用LUT。
使用LUT
关闭T_Lut_01，打开PP_CelShader。首先，删除高亮显示的节点：
接下来，创建一个“Texture Sample”并且将“纹理”修改为“T_Lut_01”。这个LUT将创建三个带有软过渡的色带。
如果你还记得，LUT使用输入来确定要输出哪个值。本例里将使用亮度缓冲区作为输入。
要做到这一点，需要连接Clamp节点到Texture Sample节点的UVs。
这是因为亮度缓冲和纹理坐标都在0到1的范围内。例如，如果亮度缓冲区中的像素为0.5，LUT将从纹理的中间输出像素值。
接下来，你需要将漫反射颜色与LUT相乘。为此，重新创建以下设置：
Append节点的目的是将Texture Sample节点的输出转换为四个通道的矢量。这样做是因为你不能用一个三通道向量乘以一个四通道向量（SceneTexture）。
最后，像这样连接所有节点：
现在，不是漫反射颜色乘以一个常数，而是乘以LUT的一个值。它控制了有多少色带以及它们的转换（取决于LUT）。而亮度缓冲区决定了LUT输出的值。
点击“应用”，然后关闭PP_CelShader。卡通着色现在拥有三个色带了，色带之间的过渡也更加柔和。
下面是对所有可选LUT的比较。这些LUT也包含在项目中了。
接下来干什么？
你可以在这里下载完整的项目。
如你所见，后期处理材质是非常强大的。它们允许你创建许多逼真和风格化的效果。如果你想了解关于后期处理的更多信息，请查看后期处理效果文档。