SSS 皮肤 Shader

先把题目说成人话

普通不透明材质只在表面算明暗，皮肤因此容易像涂了颜色的塑料：脸颊阴影过硬，逆光耳廓没有温暖透光。可若把整张脸直接模糊，毛孔高光、眼睛、嘴唇和背景边缘又会一起糊掉。现实要解决的是让进入皮肤的那部分光在附近柔和出来，同时保住表面的清晰反光和非皮肤区域。

这种“光进入材质后从附近离开”的现象叫次表面散射（Subsurface Scattering，简称 SSS）。描述各颜色能在材质内走多远的配置叫扩散配置（Diffusion Profile），只在当前画面邻域近似这件事叫屏幕空间扩散（Screen-space Diffusion）。表示哪里更薄的输入叫厚度图（Thickness Map），背光穿过薄处的支路叫透射（Transmission）。

这是虚构教学故事，不是个人项目经历。

场景：先让问题变得看得见

近景角色处在逆光下。耳廓与鼻翼需要有薄处透光，脸颊上的漫反射需要比塑料更柔，但毛孔高光、眼睛和嘴唇不能一起被糊掉。

（右脑）画面：黑暗房间里，一盏暖灯从人的耳后亮起。薄薄的耳廓先透出红色，脸颊背光的一侧没有立刻掉进死黑，而是像暖意在皮肤下面走过一小段后慢慢散开。与此同时，眼睛、嘴唇的湿润亮点和皮肤表面的细小高光仍然清楚；柔和发生在皮肤里面，不是整张脸被涂糊了。

（左脑）对表：检查对象包括皮肤漫反射缓冲、材质 ID、线性深度、法线、厚度、散射半径与样本位置。最终颜色变柔是观察事实，“因此实现了 SSS”仍是假设；证据需来自分项 debug，证明镜面未参与、背景未串色、薄处透射来自厚度支路。半径必须注明毫米或 Unity 世界单位，像素核还依赖深度、FOV 与分辨率；透视换算不能套到正交相机。薄蜡类比只说明局部传播，类比不等于屏幕空间卷积就是完整体积光传输。

小明：先形成一个完整猜测

小明建议把最终人物颜色做一次大范围模糊。这样确实会变柔，却会把镜面高光、眼睛、嘴唇和背景边缘一起污染；这不是对皮肤漫反射的有边界扩散。

他的方案留下了一条有用证据：如果只模糊最终颜色，所有光照分量都会串色。正确实现需要先分离“允许扩散的皮肤漫反射”。

小红：把猜测放回现实检查

小红先把允许“走进皮肤”的光单独显示出来：只有皮肤漫反射是白色，眼睛、牙齿、头发和清晰镜面都保持黑色。这个材质 mask 只决定谁参加扩散，能保护眼睛和镜面，却不能单独阻止采样跨过人物轮廓；逐样本材质 ID 排除其他材质，再由深度、法线双边权重抑制漏到背景或另一块表面。它们能降低串色，不保证所有遮挡边界都完美。

她固定采样数，只改变以毫米或项目世界单位定义的散射半径，确认变化的是光在皮肤内摊开的物理范围。对透视相机和局部近似正对相机的小范围表面，可用 $r_{px}\approx r_{world}f_{y,px}/z$ 换算像素核，其中 $f_{y,px}=H/[2\tan(FOV_y/2)]$，$z$ 是正的观察空间深度；$r_{world}$ 与 $z$ 必须同单位，Profile 若用毫米还要按 World Scale 换成 Unity 世界单位。正交相机的像素比例不随深度按 $1/z$ 变化。固定像素半径只能算艺术近似。随后固定世界半径再改采样数，观察离散采样何时出现带状或抖动。最后显示厚度图：耳廓比脸颊薄，因此背光透射更强。厚度图解释“哪里容易透”，不替代表面扩散。

我：用检查结果修正模型

画面机制确定后，再按项目锁定的 Unity 版本、渲染管线与目标平台选实现：HDRP 可先核对内置 Diffusion Profile、Subsurface Scattering 与 Transmission；URP 或自定义 SRP 若没有同等内置路径，就要明确采用自建屏幕空间扩散，还是只保留包裹光和厚度透射等艺术近似。管线名称不能替代版本文档、实际中间缓冲和目标 Player 的验证。

我根据平台划分档位：

• 高质量：HDRP Diffusion Profile，或半分辨率屏幕空间扩散；使用预计算、成对合并的卷积核并结合深度/法线权重，避免跨轮廓漏色。
• 中质量：更小的扩散半径与样本数，保留厚度驱动的背光透射。
• 低质量：关闭屏幕空间扩散，用 wrap diffuse、预积分皮肤查找表和一条受厚度控制的透射近似；它保留“暗部不死、薄处透光”的艺术目标，但不再声称是完整 SSS。

需要共同控制的参数包括：皮肤 Base Color、每通道散射颜色/半径、厚度、透射强度、法线、粗糙度、光源方向，以及分辨率、样本数和 temporal 策略。最终取舍要在目标构建中同时检查轮廓漏色、运动拖影、面部细节和 GPU 成本。

（右脑）画面修正：小明把整张人物画面一起模糊，脸确实柔了，眼睛、嘴唇、亮点和背景边缘也一起化开。小红把允许在皮肤里散开的光单独留下，耳朵的薄处另看透光，清晰的表面亮点则保持在外面。这样回看最初那张脸，柔和与清楚终于能同时存在；较便宜的方案可以保留这种观感，但不能因此自称完成了同样的光传输。

（左脑）严格对表：实现顺序为：标记皮肤像素；输出不含镜面的线性漫反射；把物理半径按 World Scale 和相机参数换成采样核；逐样本以材质 ID 排除异物，并用线性深度与法线权重抑制跨面；按 RGB Profile 做横纵扩散；计算厚度驱动的透射；最后与未模糊镜面合成。验收条件是半径单位明确、改变半径与改变样本数产生可区分证据、轮廓和异材质不明显漏色、运动时历史结果不拖尾，并在目标 Player 记录 GPU 时间。

老师解惑

屏幕空间近似的实现顺序通常是：

1. 用材质 ID 或 stencil 只标记皮肤。
2. 把皮肤的漫反射光照写入中间缓冲，镜面保持独立。
3. 用若干可分离高斯之和，或 Jimenez 式单个可分离近似，逼近 Diffusion Profile；不同 RGB 通道使用不同扩散宽度。
4. 逐样本用材质 ID 排除其他材质，并用深度、法线双边权重抑制跨轮廓串色。
5. 将扩散后的漫反射与未模糊的镜面项（包括镜面 IBL）及其他材质重新合成；漫反射环境光应在扩散前进入漫反射缓冲，否则要明确这是性能近似。

• Diffusion Profile：描述光在材质内部各颜色通道能扩散多远；距离需要明确使用毫米、世界单位还是固定像素近似。
• 屏幕空间扩散：只对已经渲染到屏幕的皮肤漫反射做卷积；屏幕外信息、遮挡关系和轮廓需要额外处理。
• 厚度与透射：厚度图帮助估计背光穿过多少材料，最适合耳、鼻翼、手指等薄处。
• 可分离卷积：对可分离核或其近似，把二维采样拆成横向与纵向两次一维采样，降低样本数量；深度/法线权重用于抑制跨物体串色。
• wrap lighting：便宜的艺术化近似，只改变暗部漫反射形状，不等同于真实光在皮肤内传播。

工具分工

• HDRP Diffusion Profile / Material Inspector：在 HDRP 中配置散射距离、颜色与透射。
• Unity Frame Debugger：确认皮肤标记、漫反射缓冲、扩散和合成 Pass 的顺序。
• Unity Profiler（GPU Usage）：在目标构建上比较分辨率、样本数和档位成本。
• RenderDoc：检查扩散缓冲是否跨轮廓污染，以及镜面是否被错误模糊。

记忆钩子

只扩散皮肤漫反射，镜面留清楚；半径决定走多远，样本决定算多细，厚度决定哪里能透。