在SD中创建色调分离、像素化滤镜

在SD中创建色调分离、像素化滤镜 - V-Ray Station

编者按：

本文转载于公众号：戴老师的 CG 日常

作者：戴巍

如需转载请与原公众号或原作者联系。

前言：

这是一份教程。介绍了在 substance designer（以下简称 SD ）软件中制作两种 NPR（non physical render）滤镜的方法：

色调分离（posterize）和像素化（pixelize）。

原图

色调分离

像素化

其实还做了个半色调。但是感觉一套讲完篇幅有点长，先不讲了。大家觉得好玩以后再发吧。

目前来说我还没感觉到这几个滤镜在实际生产中有多么大的作用，或许仅仅只是一种屠龙之技。但其实还是非常棒的学习和研究方向：做的东西没太大用，练习过程中积累的知识和技能却很有用。

做这个教程起因是这样：前一段时间在群里（不加人了，不用留言问群号了）大家讨论这些特殊视觉效果要怎么做的时候，各位大神各显神通，Unity Unreal SD 等各种工具轮番上阵，在不同的软件里实现了这些效果。
看大家发的图片，着实让人头皮发麻，心里痒痒。

这两天有点时间，我也在 SD 里做了一番尝试。一是为了巩固和记录自己的学习成果，二是希望把这种学习和探索的精神继续辐射出去，影响更多人，遂有此篇教程。本文不是基础教程，需要有一定的 SD 使用经验才能读懂。读不懂也没关系，看看我在中间穿插的一些背景介绍什么的，也能学到不少软知识。

之前就有转载老黑在 Unity 中的实现方案。

这次轮到我了。

色调分离（posterize）：

历史缘由：

老一点的朋友可能还记得我们小时候在学校电脑机房里学电脑的时候；或者在电脑室玩仙剑 98 柔情版的时候，那个时候可没有现在这么细腻的画面表现。很多时候你看到的画面都是有非常明显的一条条色带的。

这种色带的产生，很多时候都是因为显示位深有限，能够表达的颜色种类较少才导致的。

现在我们用的绝大多数显示器的位深度都是 24bits，也就是 8bit/channel，红绿蓝三通道各能显示 256 个色阶。这时候人看到的画面是顺滑的。

而以前的老显示器，居然用的是 3bit/channel，也就是红绿蓝三通道各能显示 8 个色阶。实在是太凄惨了。

吃惯了山珍海味的我们，总会悼念过往的美好，甚至连曾经8个色阶的画面都令人向往起来。等到我们学有所成，拿起手里的工具，有的时候，我们也会想再去追寻令人感动的源头。

原理：

如上文所言，色调分离目的是模拟每个通道 8 个色阶的效果。

我们可以这样去思考：如果我们创建一条亮度由 0-1 的渐变，默认显示效果是 256 个色阶的，看起来很顺滑。而我们只要把这个色阶均匀分成 8 等分，每一等分里全部填充成统一的亮度，并且这个亮度是这一块区域的平均。那么出来的结果就是 8 色阶的色调分离效果。
那么怎么实现呢。

在SD中实现：

这种要对画面进行逐像素处理的情况，当然要使用 pixel process 节点。

首先是 get float 2 节点获取 $pos（像素的 uv 位置），其实就是一般 CG 里用的 uv 通道，类似于 maya 里的 place2d 这个 uv 节点。

将uv信息输入 sample color 节点。这个sample color节点就类似于 maya 里面的 file 节点，可以从外界拿到图像输入信息。

现在可以正常显示输入进来的节点效果。比如我说如一个线性渐变：

现在我们才开始做具体的色调分离。这里用的计算方法是这样的：

设输入亮度为 x，目标色调分离色阶数为 4（这里就用一个简单的具体例子来说明）；那么，先将原来的亮度乘以 4。原来的 0 还是 0，原来的 0.25 变成 1，原来的 0.5 变成 2，原来的 1 变成 4。原来 0 – 1 范围的渐变，会变成 0 – 4 范围的渐变。

核心操作在这里。这个时候我们用一个内置节点叫做 floor，对 4x 进行操作。这个 floor 的效果是对一个小数取整，只取跟这个小数相邻的较小的整数。

比如
floor(3.14) = 3
floor(1.99) = 1
floor(2.08) = 2

通过这样的方式，我们就讲原来顺滑的 0 – 4 渐变，切成了亮度分别为 0、 1 、 2 、3 四个离散的亮度。这样其实就已经实现了我们想要做4色阶色调分离的目的。

但是还有个问题，在 SD 里不能显示超过 1 的亮度，所以我们要把亮度再压缩回 0 – 1 的区间。于是计算完的效果要再除以 4 。

最终计算公式如下：

result = floor(4x)/4

如果令色带数量为 n，则公式写为：

result = floor(n*x)/n

这张图是节点连接示意，其实就是我上面归纳的公式用节点这种图形化的方式表达出来而已。

你看到有个 X 那个节点，是单独拿出 RGB 三通道的R通道进行操作。这样出来的结果是针对红通道的黑白效果；之后我们可以对三个通道分别计算一次再合并到一起，就是最终的带彩色的效果。

如果我们改变数字 4 的数值，就可以改变具体的色阶数量。

我们可以在 pixel process 节点外面定义一个属性专门控制这里的色阶数量。方便以后使用。
退出 pixel process 节点，在外面的graph中双击地面，打开 graph 的属性设置，在 input parameters 一栏点击加号添加属性。

属性命名 levels（代表色阶数量），数据类型改成 Interger1（代表1位整数），默认值改为 8（默认就是我们的目标8色阶色调分离），最小值改为 1，最大值改成 256，clamp 开启，不让数值越过最小值和最大值。

返回 post process 节点，创建一个 get integer 节点，这个节点获取刚刚我们自定义的 levels 属性。再创建一个to float 节点，讲整数转换成浮点小数，这样就可以和别的浮点小数一起参与计算了（类型不匹配的属性无法进行数学计算，必须先匹配类型）。这样就可以取代之前的数值 4 ，在外界进行随意的参数调控了。

最后，将 RGB 三个通道拆分出来（swizzle float 1），分别进行同样的操作，再合并成一个 4 维向量（vector float 2 /vector float 4/ float = 1）输出。因为 SD 里 pixel process 节点只支持 1 个通道的输出，或者 4 个通道的输出。这里要做有颜色的效果，所以需要合成一个 4 维向量做颜色，其实也就是 RGBA。