Yuyeyyy · Graphics

URP / 皮肤渲染 / SSS

Unity 真实感皮肤渲染学习记录

返回文章

本文是我对皮肤渲染方案的学习总结，如有错误或建议，还望大佬们指出 π_π

皮肤物理特性与表现

当光线照射到皮肤时：

  • 一部分光在表面被直接反射，形成高光（比如皮肤油亮的部分）。
  • 更重要的一部分光会穿透表皮，进入皮肤内部。这些进入的光线会在内部与组织发生多次散射、吸收和再发射。
  • 最后，这些光线从入射点周围的另一个位置穿出皮肤表面。

表现：

  • 边缘透光：在耳朵、鼻翼、手指缝等较薄的区域，背光时能看到红色的透光效果。
  • 柔和阴影：皮肤下的散射模糊了阴影和接触区域的明暗交界线。

一、SSSS 屏幕分离模糊（方案一）

1. Diffuse Buffer 生成

在 DiffuseOnly Pass（Pass 2）中，渲染纯漫反射光照结果（包含 Albedo、NdotL、AO），不包含高光，写入临时的 _SSS_DiffuseBuffer。

  • 高光是表面反射，不进入皮肤内部，因此不能模糊。
  • 漫反射进入皮肤内部发生散射，因此需要模糊。

2. 可分离模糊（Separable Blur）

利用高斯核的可分离性，将二维模糊拆解为水平和垂直两个 Pass 进行处理（N*N → 2N）：

// Horizontal
cmd.SetGlobalVector(_BlurDir, new Vector4(1, 0, 0, 0));
cmd.Blit(diffuseBufferID, tempBlurBufferID, settings.sssBlurMaterial, 0);

// Vertical
cmd.SetGlobalVector(_BlurDir, new Vector4(0, 1, 0, 0));
cmd.Blit(tempBlurBufferID, diffuseBufferID, settings.sssBlurMaterial, 0);

如果在屏幕上简单模糊，角色面部特征会糊成一片，需要使用深度权重修正：

float2 finalStep = _SSSWidth * scale * _BlurDir;
            finalStep *= float2(1.0 / _ScreenParams.x, 1.0 / _ScreenParams.y);

half3 accumColor = 0;
[loop]
for (int i = 0; i < _SampleCount; i++)
{
    float offset = _Kernel[i].w;
    float3 weight = _Kernel[i].xyz;
    float wL = (weight.x + weight.y + weight.z) * (1.0 / 3.0);

    float2 sampleUV = uv + finalStep * offset;

    half3 colorSample = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, sampleUV).rgb;
    float depthSample = SampleSceneDepth(sampleUV);
    float linearDepthSample = LinearEyeDepth(depthSample, _ZBufferParams);
    // 深度权重修正
    float depthDiff = abs(linearDepthM - linearDepthSample);
    float correction = saturate(1.0 - depthDiff * 100.0 / (_SSSWidth + 0.001));

    colorSample = lerp(colorM, colorSample, correction);
    accumColor += colorSample * weight;

    sumWeightRGB += weight;
    sumWeightL   += wL;
    accumCorrRGB += correction * weight;
    accumDepthDiff += depthDiff * wL;
}

3. 最终合成

finalColor = sssDiffuse + specular + translucency

4. 高光：Dual Lobe Specular

高光使用 Dual Lobe Specular 模拟皮肤的油脂层高光——两个不同粗糙度的 GGX 函数进行简单的插值后得到 D 项：

float DualLobe_D_GGX(float NdotH, float roughness)
{
    float a2 = roughness * roughness;
    float d = (NdotH * a2 - NdotH) * NdotH + 1.0;
    return a2 / (PI * d * d + 1e-7);
}

float GetDualLobeSpecularTerm(float3 N, float3 H, float smoothness, float lobeWeight)
{
    float NdotH = saturate(dot(N, H));
    float r1 = (1.0 - smoothness) * (1.0 - smoothness);
    float term1 = DualLobe_D_GGX(NdotH, r1);
    float softSmoothness = smoothness * 0.6;
    float r2 = (1.0 - softSmoothness) * (1.0 - softSmoothness);
    float term2 = DualLobe_D_GGX(NdotH, r2);
    return lerp(term1, term2, lobeWeight);
}

5. 黑边问题

考虑性能降采样 SSSS buffer 时，会有黑边出现，是因为当屏幕像素刚好位于角色边缘时，UV 坐标映射到低分辨率 RT 纹理上，正好落在皮肤和黑色背景的交界处，插值出的结果就是半黑的。

降采样 1x 的黑边（角色脸颊与背景交界处有半黑半亮的脏边）vs 拉到 2x 还可以接受

降采样导致的 SSSS 黑边对比。左图为降采样 1×，角色边缘出现明显的半黑半亮脏边；右图为拉到 2×，脏边在可接受范围内。

6. RenderFeature 配置

// 获取当前相机
var desc = renderingData.cameraData.cameraTargetDescriptor;

// 降采样系数
int ds = Mathf.Max(1, settings.downsample);

// 将宽和高除以降采样系数
desc.width = Mathf.Max(1, desc.width / ds);
desc.height = Mathf.Max(1, desc.height / ds);

desc.msaaSamples = 1;  // 不需要抗锯齿，因为之后会模糊
desc.useMipMap = false;
desc.depthBufferBits = 16;
// 使用高精度格式以保证光照计算准确
desc.colorFormat = RenderTextureFormat.RGB111110Float;

// 申请临时 RT（diffuseBufferID 是那个低分辨率的 Buffer）
// FilterMode.Bilinear 非常重要，因为后续采样回大屏幕时需要线性插值
cmd.GetTemporaryRT(diffuseBufferID, desc, FilterMode.Bilinear);
cmd.GetTemporaryRT(tempBlurBufferID, desc, FilterMode.Bilinear);  // 模糊的临时 Buffer

调节 ssss 强度使光照边缘变软过渡，顺便生成 lut 做了预积分方案

二、SSS 预积分 lut（方案二）

不细说了，主要就是使用 NdotL 和曲率采样 lut

跟方案一对比，预积分 LUT 走"离线烘焙 + 查表"路线，适合不需要逐帧调参的稳定环境；屏幕分离模糊走"运行时 GPU 模糊"路线，效果实时可调但有降采样黑边问题。两套方案各有适用场景，可以根据项目需要选其一或叠加。

三、耳后鼻尖透射

光线在穿过半透明物体内部时，方向会发生散射。Shader 会计算一个偏移的光线方向，并检测视线是否与这个偏移后的光线逆方向对齐。如果对齐且该位置厚度较薄，就通过计算出的透射颜色。

方案一

1. 采样厚度图

float thickness = SAMPLE_TEXTURE2D(_ThicknessMap, sampler_ThicknessMap, input.uv).r;

2. 计算 Light Distortion

// 主光源方向向法线的方向进行偏移
float3 Lt = normalize(L + N * _TranslucencyDistortion);

3. 计算视线向量与畸变后的逆光方向的点积，判断观察者是否正对着透射过来的光线

float viewToDistortedLight = saturate(dot(V, -Lt));
// 数值越高，透光区域越集中；数值越低，透光越发散。
float transShape = lerp(viewToLight, viewToDistortedLight, 0.6);
                transShape = pow(max(transShape, 1e-5), _TransPower);

4. 防止透射光在明暗交界处突然截断，算法引入了 Wrap 项，模拟光线在表面的散射覆盖。

float backLight = saturate((-NdotL + _TransWrap) / (1.0 + _TransWrap));

5. 透射光也应该受到阴影的影响

float transShadow = lerp(1.0, mainLight.shadowAttenuation, _TransShadow);
                float transAtten = mainLight.distanceAttenuation * transShadow;

6. 合成

half3 translucency = _TranslucencyColor.rgb * mainLight.color * (backLight * transShape) * transAtten;

方案二

half3 CalculateTranslucency(SkinSurfaceData surface, SkinLightingData lighting)
{
    // 视线与反向光线的夹角
    half3 transLightDir = lighting.lightDir + surface.normal * 0.1;
    half transDot = pow(saturate(dot(surface.viewDir, -transLightDir)), 2.0);

    half thicknessMask = surface.thickness * surface.sssIntensity;

    // 使用 SSSColor 染色
    half3 transColor = _SSSColor.rgb * lighting.lightColor * transDot * thicknessMask;
    return transColor;
}

四、血渍

单令 roughness，mask 的 RGB 三个通道分别控制三层不同颜色和不同强度做 alpha，插值到基色（加权平均）：

float alpha1 = saturate(bloodMask.r * _BloodIntensity1);
            float alpha2 = saturate(bloodMask.g * _BloodIntensity2);
            float alpha3 = saturate(bloodMask.b * _BloodIntensity3);
  float totalBloodAlpha = saturate(alpha1 + alpha2 + alpha3);
half3 bloodColorSum = _BloodColor1.rgb * alpha1 + _BloodColor2.rgb * alpha2 + _BloodColor3.rgb * alpha3;
                half3 finalBloodColor = bloodColorSum / max((alpha1 + alpha2 + alpha3), 0.0001);
                half3 finalBloodColor = bloodColorSum / max((alpha1 + alpha2 + alpha3), 0.0001);
 albedo = lerp(albedo, finalBloodColor, totalBloodAlpha);
   float bloodSmoothness = 1.0 - _BloodRoughness;
   smoothness = lerp(smoothness, bloodSmoothness, totalBloodAlpha);

踩坑与自检

之前鼻孔错误的透光发亮问题是因为厚度不对：用顶点沿法线反向偏移在做厚度来用，为了解决鼻孔亮还单独画鼻孔 AO 把颜色压下去 T^T。后面用了正确的厚度图就解决了。

编辑于 2026-04-20 · 江苏

评论