卡通着色

非真实感渲染 (NPR，也称风格化渲染) 不追求照片般逼真，而是追求特定目的或画风。卡通 / cel 渲染是其中最受关注的一种：用实线分隔大块纯色区域。表面着色常用纯色填充、两色"硬着色"、或对最终图像做色调分离 (posterization)；描边见轮廓边与几何描边。

NPR 的目标多样：技术插图（只显示与目的相关的细节，例如修发动机用的线稿比法拉利发动机照片更有用）、模拟绘画与自然媒介（钢笔淡墨、炭笔、水彩）等（RTR4 15 章引言）。
McCloud 在《Understanding Comics》中称卡通的力量为"通过简化来放大"：去掉杂乱，突出与表达相关的信息；简单画风的角色更容易让更广的观众产生代入感。
卡通风格容易定义，适合由计算机自动生成，长期用于把三维模型融入二维赛璐璐动画，许多游戏（如《大神》）也采用（15.1 节）。

方法	做法	注意点
纯色填充	网格区域用不受光照的单色	最简单
两色 / 硬着色	像素着色器中，着色法线与光方向点积高于阈值用亮色，否则用暗色	适合简单光照
色调分离	把最终图像连续值量化为少数几个色阶，色阶间突变	直接量化 RGB 会因各通道独立变化产生难看的色相偏移，应在 HSV、HSL、Y'CbCr 等保色相空间中进行
一维重映射	用一维函数或纹理把光照强度映射到指定明暗或颜色	纹理本身也可预先量化或滤波

两色硬着色可写为 $c = \begin{cases} c_{\text{lit}}, & \mathbf{n}\cdot\mathbf{l} > t \\ c_{\text{shadow}}, & \text{否则} \end{cases}$ 其中 $t$ 是阈值（15.1 节）。

Barla 等人用二维贴图代替一维色调纹理，第二维由表面深度或朝向索引，使物体在远处或快速运动时平滑地降低对比度。该算法与其他着色方程、手绘纹理结合，用于《军团要塞 2》，形成卡通与写实混合的风格。卡通着色的变体还可用于夸大对比度，以便可视化表面或地形特征（15.1 节）。

优点：规则简单、开销低，与描边结合即可得到经典卡通外观。
缺点：量化色阶会放大锯齿，书中提到形态学抗锯齿对这种高对比输出和色调分离效果都很有效（15.2.3 节）。
NPR 领域往往没有物理上"正确"的参考答案，这既是问题也是自由；在交互帧率下多数方案都会在某些情况下失效，关键是判断什么在你的应用里"够好"（15.3 节）。

出处