計圖課程到了尾聲，當OpenGL已經學習到一個階段，老師還要教我們GLSL，也就是Shader，第一個例子就是卡通渲染 (Toon Shading)。哈～當時我搞不懂「toon」是什麼意思，原來是「卡通」！這樣子就很好想像，為何渲染結果會不真實，就不用怪罪Shader畫出來的品質好差XD～
好啦～這裡要解釋一下定義：卡通渲染（Catoon Rendering/Toon Shading/Cel Shading）是NPR(Non-PhotoRealistic)技術中的一種。下面是關於卡通渲染的定義：
Cel shading is a flat looking 3D image, with a cartoonish look exemplified by animated movies.The basic elements of a cel shaded effect are :
- Sharp shadows
- Little or no highlight
- Outline around objects
其中邊界 (outline)繪製是關鍵。卡通渲染中的邊界有以下幾種：
- Boundary or border edge：僅為一個多邊形所擁有的邊界。一個立體造型一般是沒有這樣的邊界；
- Crease or hard edge：為2個多邊形共有的邊界，而且2個多邊形的夾角（dihedral angle）大於一個閾值。這個閾值的參考值為60度；
- Material edge：不同材質的2個多邊形的公共邊界，也可是藝術家希望總是顯示的線條；
- Silhouette edge：相對於當前觀察方向而言，面向不同朝向的2個多邊形的公共邊界。
卡通渲染是一種非真實感渲染（non-photorealistic render）。而卡通著色是一種簡單非真實著色。它運用很少的顏色通常是顏色調和，所以經常是從一種色調變化到另一種色調，但是給人一種三維模型的感覺。
上面茶壺出現的色調是基於角度來著色，實際上是光照方向與法線方向的cosine值。
於是，當法線方向與光照方向較近的情況下，將會出現較亮的色調；當光照方向與法線方向的夾角很大時，渲染的地方就會很暗。換句話而言就是，夾角的cosine值會影響色調的強度。
Cosine值的計算可以利用下面這個公式，也就是點積公式。
- cos(lightDir, normal) = lightDir . normal / ( |lightDir| * |normal| )
當法線向量和光照都被正規化：
- | normal | = 1
- | lightDir | = 1
這個公式將被簡化成：
- cos(lightDir, normal) = lightDir . normal
因此，我們定義一個名字為intensity的變數用來存儲cosine的值。在glsl中，這個值透過點積計算出來。
- intensity = dot(lightDir, gl_Normal);
總觀之，很像影像處理的二值化，設定一個門檻值(threshold)，大於等於它設1，小於它則設0。同樣的道理可再推廣，設定多個門檻值，讓顏色的變化比較平順不突兀。例如上圖茶壺，一共設定3個門檻值，因此會呈現4種顏色的漸層。
參考：卡通渲染（Toon Shading/Cel Shading）、Toon Shading Using GLSL、Lighthouse3d Toon Shading、Cel-shaded animation、Toon Shading。
逍遙文工作室 
隨意留個言吧：）～