MToonを再現したい
MToonはVRMファイルで使われている、標準シェーダの1種です。アニメ的表現に特化したものです。
詳細はこちら → https://dwango.github.io/vrm/univrm/shaders/mtoon/
Unity向けに作られているものを、今回はUnrealEngine4で再現していきます。
利用環境はUE4.20.3です。
内容にパラメータの解釈や実装の間違いありましたらすみません。ご指摘いただけると有り難いです。
UE4におけるトゥーンレンダリング
com04さんのまとめページがとても参考になりました。勝手ながら感謝をお伝えします。
https://qiita.com/com04/items/a7895160df8d854fe924
記事のままですが、手法は大別して3種「マテリアル」「ポストプロセスフィルタ」「エンジン改造」があります。
先に結果
今回は「マテリアル」の手法で実装し、陰影には自前のシャドウマップを利用することにしました。
整理して VRM4U のアセットに追加予定です。
描画コストは少々高いかも… とはいえVR機材を扱っているような環境であれば 余裕で動作すると思います。
モデルはこちらからお借りしました → http://3d.nicovideo.jp/works/td32797
要素は押さえられていると思いますが、機能不足はありそう…
以下、つらつらと。
再現にあたって考えていたこと
「主色/陰色」と「輪郭線の幅と色」を反映したい
これができれば8割方完成な気持ち。
- 主色/陰色について
- 描画時に明確に陰・影領域を判別できている必要がある
- ShadingShift（主色の面積を増減させる）に対応するため、中間値も欲しい
- 輪郭線の幅と色について
- なんとなく背面法で良さそう
- パラメータ参照が多いので、ポストプロセスだとどこかで手詰まりしそうな予感がする…
陰と影 を判別したい
※ここ言う「陰」「影」を図解しておきます。
1が陰で、2が影です。わかりにくくてすみません…
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- 陰と影
- 検索すると こんな素敵な技が紹介されている。これで解決かと思いきや…
- https://forums.unrealengine.com/development-discussion/rendering/125368-using-shadow-in-material
- コメントにもあるように、forwardレンダリングでしか機能せず、4.20では正しく動作しない
- （どなたか対応方法知ってたら教えてください… 4.19で動作するのは確認しました）
- 陰は自前で計算できる。影を解決するにはShadowmap（厳密にはLightAttenuationTexture）を参照する必要がある
- プラグインで配布したいので できればエンジン改造は避けたい
- そういえばUnityでShadowmapを自前実装してる方がいたのを思い出した http://www.shibuya24.info/entry/shadowmap
- 自分も作ってみよう
- 検索すると こんな素敵な技が紹介されている。これで解決かと思いきや…
他のMToonパラメータとの相性は…
以下に表でまとめました。Unityでパラメータを触りながらだと わかりやすいかも。
この赤枠で囲った部分のパラメータです。
| この画面はUnityです |
|---|
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実装の手法として以下の3つを比較検討しました。厳密にはそれぞれforward/deferredで動作が分かれます。
- material+自前shadowmap（今回使った手法）
- 自前のshadowmapを作成し、マテリアルで参照しながらシェーディングを行う手法
- material(+postprocess)
- マテリアルでシェーディングしたりGBufferへ書き込みを行い、ポストプロセスで合成したり輪郭線描画を行う手法
- postprocessのみ
- マテリアルは基本的な物理シェーディングを行い、ポストプロセスで加工を行う手法
Color
主色・陰色。
| 手法 | LitColor,Alpha | ShadeColor |
|---|---|---|
| material+自前shadowmap | ○ | ○ |
| material(+postprocess) | ○ | △ 色指定の格納先に工夫が必要。Shadowmap参照可であれば○ |
| postprocessのみ | ○ BaseColorに格納 |
△ 色指定の格納先に工夫が必要 |
Lit & ShadeMixing
主色領域の調整・陰のボケ足・影の影響度
| 手法 | ShadingShift | ShadingToony | ShadowReceiveMultiplier | Lit&ShadeMixingMultiplier |
|---|---|---|---|---|
| material+自前shadowmap | ○ | ○ | ○ | ? 未検証 |
| material(+postprocess) | ○ | ○ | △ 陰と影が判別できない。Shadowmap参照可であれば○ |
? |
| postprocessのみ | △※ GBufferのNormalとライト向きで計算すれば○ |
△ 左と同じ |
× | ? |
| ※厳密にはライト向きとノーマルの内積を-1～+1の値で取得する必要がある。 |
LightColor
主光源の影響度・GIの影響度
どの手法でも、カスタムノードに記述すれば対応可能。詳しくは後半で。
Outline
輪郭線の出し方・線の太さ・ライト影響受けるか・線の色・ライト影響度
| 手法 | Mode | Width | ColorMode | Color | LightMix |
|---|---|---|---|---|---|
| material+自前shadowmap 背面法 |
○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| material(+postprocess 背面法 |
○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| postprocessのみ | △ World方式はGbufferのNormalから算出 |
△ 幅をGBuffer格納 |
○ | △ 色をGBuffer格納 |
△ 左と同じ |
## いざ実装