A
准备几个代表来光方向的黑白设计稿
先决定不同方向下，额头、鼻梁与脸颊应该怎样分区。黑白图记录的是希望得到的阴影形状，而不是人物的颜色贴图。
研究背景 / 先理解问题SHAPE BEFORE SHADING
关于一张脸上的明暗
为什么二次元的脸，
需要专门设计阴影？
卡通面部的明暗是一种造型语言。
我们希望它能随来光变化，
也希望它保留清晰、简洁的形状。
01 / 问题从哪里来
真实的局部起伏，
未必是想要的阴影轮廓。
常规漫反射根据表面法线和来光方向计算明暗。半兰伯特把这个响应重新映射，但仍然依赖局部法线：鼻梁、嘴角、脸颊的细小起伏，都可能改变明暗分界。
再把连续照度分成亮、暗两档时，这些变化可能变成零碎色块。对追求大块、平顺阴影的二次元面部来说，几何上的合理，不一定等于画面上的理想。
这是造型目标与几何响应的差异，不能简单归结为“模型坏了”。修改法线、专门设计面部阴影等，都是可选路线。
设计目标
让阴影跟随光照，让轮廓服从角色的画风。
02 / 传统的贴图驱动流程
先设计明暗，再把它存进 SDF。
这里讨论用于面部明暗控制的 SDF 贴图，
不是用于光线求交的三维 SDF 几何体。
B
C
渲染时读贴图，结合来光方向得到明暗
头部局部来光方向→确定左右侧与阈值→按 UV 采样 SDF→阈值／软过渡→明暗遮罩
公开实现 ChiliMilk/URP_Toon 会读取预计算的 SDF 阴影贴图，按来光侧调整采样，再结合方向量、阈值与羽化参数求明暗。它的说明还要求对称的面部 UV。[2]
03 / 本研究改变哪一步
把阴影设计学成边界，
把真实照明留给光线追踪。
沿用 SDF 提供的造型目标，
改变运行时获取主明暗分布的方式。
查一张设计好的控制图
- 准备多方向明暗设计 → SDF 控制贴图
- 运行来光方向 + UV 采样 → 明暗遮罩
- 着色由着色器决定明暗区的颜色与照明
主要控制数据驻留在贴图中。
由来光预测一条平滑边界
- 训练SDF 目标边界 + 采样来光 → 回归模型
- 预测新来光统计 → 24 个系数 → 主明暗遮罩
- 合成遮罩控制亮度 + Cycles 提供照明颜色
主边界由模型参数与来光统计重建。
主阴影不必再查 SDF 图
当前预测函数只读取来光特征和模型参数，不在推理时查询原 SDF 贴图。重建边界后，可以在待着色的图像采样位置直接求出遮罩；无需先烘焙一张新的主阴影纹理才能定义明暗。
继续利用真实的光线追踪
Cycles 负责直接光、遮挡和间接漫反射。脸旁红板产生的局部红色来自真实反弹；风格化阶段调整照明亮度，保留去噪后的逐点 RGB 比例，再结合人物贴图。
平滑约束控制阴影形状
模型输出少量样条系数，每一行只生成一个主分界。嘴部偶然较暗，不再自动成为孤立黑洞。边界软度与照明颜色可以分别调整。
本项目 +45°、同一场景的三个阶段，使用未加红线校准的预测版本。上方网络图例用于解释传统方法，不是同场景的性能对照。
“无需额外阴影贴图”具体指什么？
- 方法层面
- 主边界预测可以直接产生明暗数值，不依赖运行时采样原始 SDF 阴影贴图；仍需要少量辅助光照采样，不能称为零额外计算。
- 当前演示
- 为接入 Blender 合成器，现有工程仍把预测结果存为 37 帧遮罩序列。直接在渲染过程中求遮罩、完全省去序列贴图，是后续集成方向。
- 仍然保留
- 训练阶段的 SDF 监督、人物颜色贴图和独立鼻影参数。主边界使用固定相机下的图像坐标；人物与鼻影贴图仍通过 UV 读取。
传统 SDF 也可以与光线追踪结合。因此，本研究的优势是来光驱动的边界预测与保色光照合成的组合，而不是“只有这种方法能做光追”。当前操作发生在 Cycles 输出之后，尚未写入每次反弹过程；跨角色、自由视角和多光源泛化仍需验证。
04 / 图像与资料来源
图例有出处，结论有边界。
- [1]鸟笼 · 知乎文章 ↗
本页三张背景图与相关介绍依据用户提供的原文节选及直链。配图保留“知乎 @刻学徒”水印，不将转载文章作者等同于图片原创者。原文引用的游戏技术资料仅作为图例背景，不作为本项目对官方实现的验证。
著作权归原作者及相应权利人所有；非商业引用注明出处，商业使用需联系权利人授权。
- 延伸MIZI · 二次元角色卡通渲染—面部篇 ↗
由用户提供文章推荐，供进一步阅读；本页未将未核验的全文内容用作证据。
- [2]ChiliMilk / URP_Toon · 固定版本原始资料 ↗
已读取 README 与 ToonInput.hlsl，并下载原作者 SDF 材质面板。该实现明确使用预计算阴影纹理；这里对传统流程的说明以此公开实现为例，不代表所有游戏使用完全相同的算法。
- 本项目边界预测函数与当前实现 ↗
预测函数、已保存的 +45° 实验结果及工程约定用于说明本方法。训练覆盖、评估指标与使用限制见研究档案。