Unity Shader技巧：移动端伪次表面散射模拟实战

1. 为什么我要写一篇“假”的次表面散射

先聊点实在的。在Unity里做皮肤、蜡烛、树叶、大理石这类材质时，大家第一反应都是上真正的次表面散射（Subsurface Scattering，SSS）——就是光打进去之后在物体内部散射、再从其他地方溢出来的效果。手放在手电筒后面会透出红光，蜡烛耳朵被光一照会亮得发透，这些都是典型的次表面散射。

但真SSS术贵啊。无论是预积分皮肤还是屏幕空间散射，随便一套方案下来要么是纹理烘焙复杂，要么是后处理Pass多到手机扛不住。我自己最开始做项目时跟很多朋友一样，直接上了一个完整的SSS方案，结果真机帧率掉得惨不忍睹。后来才意识到：很多时候我们并不需要物理上“正确”的散射，只需要让观众“看过去像那么回事”就行。这就是伪次表面散射模拟的出发点。

这篇文章我想分享的，就是一套我自己在手机端项目里验证过、成本可控、效果又很能打的Unity Shader方案。它的核心思路是用“厚度 + 背面光照 + 半透明混合”来伪造出光穿透物体的感觉。听起来不复杂，但真正做好看、做自然，中间有不少坑。我尽量把每一步的原理和参数都讲透，适合正在做风格化渲染、或者想在移动端做低成本皮肤/植物材质的朋友参考。

2. 方案选型：为什么是“伪SSS”而不是真SSS

2.1 先搞清楚真SSS是怎么算的

我们首先要理解真实次表面散射的物理过程：光线进入物体表面后，并不会立刻反射出来，而是在材质内部跟微粒反复碰撞、被吸收、再改变方向，最终从表面的另一个点射出。能量在这个过程中会被“抹开”——所以皮肤看起来柔和，关节处会泛红，蜡烛耳朵边缘会透光。

物理上描述这个过程，靠的是双向散射表面反射分布函数（BSSRDF），它比普通的BRDF多了一个“空间偏移”的维度。渲染时需要对散射半径内的多个点做采样和积分，计算量非常大。离线渲染器还能接受，游戏实时渲染就得靠各种近似。

常见的实时近似方案主要有这几种：

• 预积分皮肤着色：把散射效果预先烘焙到一张查找表（LUT）里，运行时根据“曲率+光线方向”查表，效果很好但需要预处理网格数据。
• 屏幕空间散射：在屏幕后处理阶段做模糊，模拟光线在表面下的弥散，效果也不错，但需要额外的深度和法线信息，移动端带宽压力大。
• 基于厚度图的散射：预先把模型“由内到外”的厚度烘焙出来，运行时用厚度值和光照方向做衰减，这是最接近“伪SSS”思路的做法，但厚度图需要额外烘焙工具链。

这些方案在PC和主机上都有成熟落地案例，但放到移动端，要么是采样次数太多，要么是需要额外的G-Buffer。而伪SSS的思路很直接：我们不看复杂的物理，只看“光从哪里来、材质有多薄、视线在哪个方向”，用这几个变量组合出一个足够可信的散射光。

2.2 伪SSS的核心假设

伪SSS方案成立，依靠的是三个关键假设：

第一，散射光主要从“背面”进入。也就是说，当一个物体背对光源时，光的入射方向跟视线方向相反，散射光会从物体边缘透出来。这正好可以模拟蜡烛耳朵、树叶边缘那种“亮边”。

第二，散射强度跟厚度强相关。材质越薄的地方，光穿透过来的能量越多。这可以用轮廓线、曲率或者预烘焙的厚度贴图来衡量。

第三，散射光有明显的光谱偏移。物理上，短波长的光更容易被散射、长波长的光更容易被吸收，所以皮肤内部散射光偏红橙色。这个偏移我们可以直接用一个“透射颜色”来控制，甚至不需要物理模拟。

基于这三个假设，在Shader里模拟散射就变成一个很轻量的光照计算分支：检测“光源在背面”的方向关系，乘以一个衰减因子，再乘上透射颜色。整个过程只需要几次向量点积和一张可选纹理，移动端跑起来毫无压力。

2.3 效果对比：什么场景适合用伪SSS

伪SSS并不适合所有场景，用之前你得先评估需求。我自己用过之后总结了一张对比表，可以帮大家快速判断：

用一句话总结就是：如果你做的是写实向、需要角色面部特写级别的皮肤渲染，老老实实上真SSS方案；如果你做的是风格化、或者材质本身就是“半透不透”的质感，伪SSS的性价比几乎无敌。

3. 从零开始实现伪SSS Shader

3.1 准备基础Shader框架

我习惯在Unity内置渲染管线下用一个Surface Shader来写这套逻辑，然后在URP下单独维护一套HLSL版本。先讲内置管线的版本，因为它的代码结构更容易看懂，方便大家理解原理。

新建一个Shader文件，先搭出基础框架：

Shader "Custom/FakeSSS" { Properties { _MainTex ("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {} _Tint ("Tint", Color) = (1,1,1,1) _SSSColor ("SSS Color", Color) = (0.8,0.2,0.1,1) _SSSPower ("SSS Power", Range(1,16)) = 4 _SSSStrength ("SSS Strength", Range(0,5)) = 1 _Transmission ("Transmission", Range(0,1)) = 0.5 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Geometry" } LOD 200 CGPROGRAM #pragma surface surf FakeSSS fullforwardshadows sampler2D _MainTex; fixed4 _Tint; fixed4 _SSSColor; float _SSSPower; float _SSSStrength; float _Transmission; struct Input { float2 uv_MainTex; }; void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Tint; o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a; } // 自定义光照函数 half4 LightingFakeSSS (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten) { // 这里填入散射计算 } ENDCG } FallBack "Diffuse" }

这里我用了Surface Shader的自定义光照函数功能，这样可以直接复用Unity的阴影、雾效等管线，把精力集中在散射计算本身。

3.2 核心散射计算

接下来是重头戏：怎么算出一个自然的透射光强。先理一下需要的变量：

• 法线方向s.Normal
• 光照方向lightDir（注意这里用的是指向光源的方向，也就是从表面指向光源）
• 视线方向viewDir（从表面指向相机）

前面提到，散射光主要来自“背面入射”。这里的关键量是“法线与光线的夹角”和“法线与视线的夹角”。当我们看到物体的边缘时，视线跟法线接近垂直，此时如果光源在物体另一侧，光就会从边缘透出来。

我的实现思路分两步：

第一步，计算“厚度感”。最简单的方法是用法线与视线的点积：

float thickness = 1.0 - saturate(dot(s.Normal, viewDir));

当视线垂直于法线（比如观察物体边缘）时，这个值趋近于1，说明我们正对着物体的轮廓边缘，透光应该最强。而当视线正对法线（看物体正面）时，这个值趋近于0。

第二步，计算“光在背面”的程度。用光照方向与法线的点积：

float backLight = saturate(dot(s.Normal, -lightDir));

为什么要用-lightDir？因为Unity的lightDir方向是“指向光源”的，而“光从背面来”意味着光线方向跟法线方向相反。当法线恰好朝光源时，dot(s.Normal, lightDir)接近1，这时是正面受光，背面散射应该非常弱；而当法线背对光源时，dot(s.Normal, -lightDir)接近1，散射最强。

把这两部分乘起来：

float sss = backLight * pow(thickness, _SSSPower) * _SSSStrength;

这里加了个pow是为了控制厚度衰减的锐利程度。_SSSPower越大，散射越集中在轮廓线附近，看起来越“锐利”；越小，散射扩散范围越大，看起来越“朦胧”。

最终把散射光加到漫反射结果上：

half4 LightingFakeSSS (SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten) { half NdotL = saturate(dot(s.Normal, lightDir)); half3 diffuse = s.Albedo * _LightColor0.rgb * NdotL; float thickness = 1.0 - saturate(dot(s.Normal, viewDir)); float backLight = saturate(dot(s.Normal, -lightDir)); float sss = backLight * pow(thickness, _SSSPower) * _SSSStrength; half3 sssColor = _SSSColor.rgb * _LightColor0.rgb * sss * _Transmission; half3 finalColor = diffuse + sssColor; half4 c; c.rgb = finalColor * atten; c.a = s.Alpha; return c; }

这段代码跑起来，模型边缘会透出_SSSColor的散射光，而且越薄的边缘越亮。

3.3 不要忽略的半透明混合细节

上面这套方案有个问题：如果模型本身是一个不透明体，它的“背面”会被遮挡，散射光只能出现在轮廓边缘——这其实已经能满足很多需求了。但如果你想让“背面”也透出光来，那就需要让背面参与渲染。

我常用的做法是给Shader加一个透明混合模式，然后渲染两次：第一次渲染背面并输出散射光，第二次照常渲染正面。这样光就能“穿透”物体，从背面溢出来。

Unity的Surface Shader里控制这个，可以通过设置Blend和Cull实现。注意，Surface Shader里其实不好直接写两个Pass，我通常是分成两个SubShader，或者直接改用顶点片元Shader。这里给一个简化写法：

SubShader { Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" } Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha ZWrite Off Cull Front // 背面Pass：只输出散射光 // 正面Pass：正常光照+少量散射 }

背面Pass的Cull Front会剔除正面，只渲染朝向相机内部的三角形。这里我用背面Pass输出纯散射光，Alpha用厚度控制；正面Pass输出正常光照和边缘散射。这样近看会有明显层次，远看就是一个半透明的发光体。

需要注意，透明物体渲染时深度写入要关掉，否则物体会挡住自己。但关掉ZWrite可能让物体跟场景其他物体穿插时排序出问题，这属于透明渲染的通病，一般通过调整Queue来控制。

4. 实操过程：做一个蜡烛和一片叶子

4.1 蜡烛材质的关键参数调优

理论说得再多，不如直接上手调。我拿了一个蜡烛模型做实验，这种“光从内部透出来”的材质，对SSS参数极其敏感。

先给蜡烛模型赋上上面写的Shader，初始参数：

_SSSColor (0.8, 0.3, 0.1, 1) _SSSPower 4.0 _SSSStrength 1.0 _Transmission 0.6

我先把蜡烛放进一个黑暗场景，用一个点光源在侧面打光。看效果，第一版的问题是散射光太散，整个蜡烛看起来像在发光，而不是“透光”。这时候把_SSSPower从4提到8，散射范围立刻聚拢到蜡烛边缘，看起来就自然多了。

接下来蜡烛的顶部被火苗照亮的部分，应该有最强的透光感。我发现_Transmission调高会让整个物体发亮，调低又不够通透。后来我把_Transmission设成0.4，加大_SSSStrength到1.5，局部补光后效果好了很多。这个组合意味着：散射整体强度提高，但只出现在很薄的区域，反而更像真实的透光。

再给蜡烛加一点自发光贴图，不然暗面太死板。蜡烛材质里我加了_EmissionMap通道，用火苗位置做发光，替代了原本需要额外补的光。

蜡烛调完之后，我有一个感受：_SSSPower是这套方案里最关键的参数，它决定了“透光带”的宽度，其他参数都只是微调亮度和颜色。

4.2 叶子材质：用半透明玩出透光感

叶子跟蜡烛不太一样，叶子是平面结构，没有蜡烛那种立体厚度。我用了一片双面叶子模型，按照下面步骤调：

第一步，把Shader的Cull Off打开，让叶片两面都可见。叶子背面的光照在真实世界中非常重要，尤其是阳光穿透叶片的时候。

第二步，调整散射参数。叶子透光颜色应该是黄绿色，而不是橙红色。我设：

_SSSColor (0.6, 0.9, 0.2, 1) _SSSPower 2.0 _SSSStrength 2.0 _Transmission 0.5

因为叶片很薄，散射范围其实不需要特别窄，反而要大面积地透光才有真实感。

第三步，添加一张“叶片厚度”纹理作为Alpha贴图。叶脉、叶片边缘比较薄，透光强；叶柄和主叶脉比较厚，透光弱。这里我手工画了一张灰度图，白色代表薄（透光强），黑色代表厚（透光弱），在Shader里用这张图乘以散射强度：

float thicknessMask = tex2D(_ThicknessMap, IN.uv_MainTex).r; sss *= thicknessMask;

这样透光效果会跟随叶脉分布，一下子从“均匀塑料”变成“真实叶片”。这也是伪SSS方案最灵活的地方——你可以用任意美术资源控制散射的“形状”。

4.3 参数速查与制作清单

调过几个项目之后，我整理了一套常用参数参考值，方便大家起手时有个数：

注意：这些参数是“起点”而不是“终点”。不同光照环境、不同模型比例，都需要重新微调。特别是_SSSPower，同一个材质在白天场景和夜晚场景可能要用完全不同的值。

5. 常见问题与排查技巧实录

5.1 散射光完全看不到，是怎么回事

这个坑我踩过很多次，而且多半不是Shader本身的问题。排查顺序如下：

第一步，检查光照方向。散射计算依赖dot(s.Normal, -lightDir)，如果物体是正面受光，背面散射基本为零，这时候你会觉得“没效果”。先把灯转到物体侧后方，看边沿有没有亮起来。

第二步，检查材质球_SSSStrength是否设置得太低。如果低于0.3，几乎看不出效果。

第三步，检查模型是不是用了错误的缩放比例。如果模型整体特别大，厚度计算是基于“轮廓接近程度”而非实际物理厚度，模型尺寸会影响厚度。同一个Shader，小模型看起来透光强，大模型看起来透光弱。解决方法是把模型缩放到正常比例，或者给厚度计算加一个基于模型缩放的补偿系数。

第四步，检查Shader里是否有其他代码覆盖了Alpha或颜色输出。特别是很多人会在surf函数里直接给o.Emission赋值，这会把散射效果冲淡。

5.2 散射区域出现脏脏的“条带”或断痕

如果散射光不是连续的一条亮带，而是断断续续的斑块，大概率是模型法线问题。伪SSS对法线极其敏感，因为厚度感完全是靠dot(s.Normal, viewDir)算出来的。

解决方法是：检查模型法线是否平滑，清一下模型上的硬边（或者把光滑组重新算一遍）。对于低模，建议在导入设置里把Normals设为Calculate，并且增加Smoothing Angle。

还有一种情况是使用法线贴图之后散射效果很杂乱。这是因为法线贴图改变了表面法线，导致厚度计算出现高频噪声。如果要用法线贴图，建议把散射计算放到“几何法线”（即未经过法线贴图修改的法线）上：

float thickness = 1.0 - saturate(dot(o.Normal, viewDir));

注意这里的o.Normal是Surface Shader里已经处理过的法线。如果你不想受法线贴图影响，需要在顶点着色器阶段把法线单独传一份。

5.3 透明混合后物体之间排序混乱

这个问题的根源是Unity透明渲染的排序机制。关闭ZWrite后，透明物体之间会按距离排序，但两个交叉的透明物体会出现“忽前忽后”的闪动。

我常用的几个办法：

• 给同一个模型的不同透明Pass设置不同Queue偏移，比如背面Pass用Queue=Transparent-1，正面Pass用Queue=Transparent。
• 如果模型内部有自遮挡，用Offset命令调整深度偏移，防止z-fighting。
• 最省事的办法：进模型内部看的视角不多的话，可以直接给模型分两个子Mesh，内部透光部分用单独的材质球。

5.4 移动端真机闪烁或性能暴跌

性能问题主要出在填充率上。透明度混合的Shader通常意味着Overdraw很高，如果模型占了屏幕很大面积，低端手机会扛不住。

我踩过的一个坑是：给叶子Shader同时开启了双面渲染 + 全屏透明，结果石头一样的老机型直接掉到20帧。后来改成仅在近景LOD级别使用伪SSS材质，远景自动切换成普通不透明材质，问题解决。

如果一定要在移动端全场景使用，建议把散射计算改成“半精度”（half）运算，大幅度减少ALU开销：

half thickness = 1.0 - saturate(dot(half3(s.Normal), half3(viewDir)));

替代方案是做一个“LOD Shader”——距离远了就用简化版，散射范围用固定值，不做逐像素运算。

6. 进阶扩展：让伪SSS更“真”的几个方向

6.1 加入菲涅尔边缘光

伪SSS的散射光集中在轮廓边缘，这本身跟菲涅尔效应有重合之处。我试过在散射计算上叠加菲涅尔：

half fresnel = pow(1.0 - saturate(dot(s.Normal, viewDir)), 3.0); sss += fresnel * _FresnelColor * _FresnelStrength;

这样做的直观效果是：即使没有光源从背面照过来，物体边缘也有一层“空气感”的暖色溢出，更像真实皮肤边缘在环境光下的表现。尤其是在风格化角色上，加一点菲涅尔散射能让人物跟背景分离得更干净。

但要注意别加太多。我之前把菲涅尔强度开到0.8，结果整个角色像披了一层金边，非常塑料。控制在0.2到0.4之间比较合适。

6.2 多光源散射的累加处理

前面的Shader只处理了主光源。如果场景里有点光源、聚光灯，散射也应该跟着响应。

最简单的做法是把LightingFakeSSS改成遍历多个光源，但Surface Shader的自定义光照函数对多光源支持不算友好。我后来改成了Vertex Fragment Shader，用Unity的UNITY_LIGHT_ATTENATION逐光源累加散射。

多光源散射的算法其实跟单光源完全一样，只是多循环几次。关键是控制性能：一个物体同时受5个光源照射，就要跑5次散射计算，移动端可能吃不消。我的优化思路是：只对最亮的一两个光源计算散射，其余光源只走漫反射。

6.3 预烘焙厚度贴图

前文提到的厚度贴图，可以手工画，也可以从3D模型直接烘焙。烘焙的原理是：从模型每个点的法线方向发射一条射线，记录射线在模型内部穿过的距离，这个距离就是“厚度”。

市面上有一些工具可以自动烘焙，实际操作时需要注意：

• 模型必须是封闭的，开口模型烘焙出来的厚度值会飘。
• 烘焙分辨率一般512或1024就够，厚度贴图不需要很高的精度。
• 烘焙结果要尽量平滑，避免出现硬边。如果出现硬边，可以在Photoshop里做一次轻微模糊。

有了厚度贴图之后，散射计算可以升级为：

float thicknessTex = tex2D(_ThicknessMap, IN.uv).r; float thickness = 1.0 - thicknessTex;

用贴图代替几何计算的好处是，厚度感不再依赖视角方向，即使正视物体表面也能看到透光效果。代价是需要额外一张纹理采样，还需要预处理模型。对于做风格化项目的团队，这个成本并不高。

6.4 把透射色放进光照模型

严格来说，真实次表面散射的透射颜色跟光源颜色、材质厚度都有关系，不应该是一个固定常量。一个比较高级的玩法是：把_SSSColor替换成一张“散射颜色渐变图”，横轴是厚度、纵轴是入射角度，查表得到透射色。

我做过一版，用的是2D Ramp Texture：

half2 uv = half2(thickness, NdotL); half3 sssColor = tex2D(_SSSRamp, uv).rgb;

这个方案特别适合风格化项目。美术可以直接在Ramp贴图里画“什么厚度、什么光照角度下呈现什么颜色”，表现力比固定颜色高一个量级。不过它的前提是要正确理解厚度和角度的映射关系，美术需要一些上手时间。

7. 我的最终建议与避坑心得

做完这套伪SSS方案，我在几个项目里反复验证过，最大的感受是：它不是一个“可以随处套用”的万能Shader，而是一套需要针对项目调校的“光影思路”。

如果你想在团队里推广这套方案，我会建议美术和TA先约定清楚资产规范。比如叶子的厚度贴图画到什么程度、蜡烛的散射颜色用哪个色域、角色耳朵的散射范围有多大。这些看似琐碎的约定，决定了最终效果是否统一。

另外我特别想强调一个容易被忽略的细节：Shader参数命名和范围。很多美术同事看到_SSSPower是0到16的范围，会习惯性拖到最大。结果就是一片过曝。后来我把Shader参数范围改成更“直觉化”的0到1，再用内部映射把_SSSPower从1映射到16：

float power = lerp(1.0, 16.0, _SSSPowerNormalized);

美术拖起来直观，代码逻辑也不受影响。

最后，如果你只是做个个人练习或者小Demo，不需要追求真SSS级别的物理正确性。先把这篇文章里的伪SSS方案跑通，理解厚度、角度、颜色这三个变量之间的关系，再决定要不要往更复杂的方案升级。很多情况下，一个调得好的伪SSS已经能撑起整个项目的质感需求了。