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水波效果

news 2025/6/26 17:05:21

水波效果指在计算机图形学中模拟水面波纹的视觉效果，通常用于游戏、动画或者其他虚拟场景中。主要用于体现水体的动态感，比如水的波动、反射、折射、透明等，可以让人感觉像真实的水一样流动闪耀。

核心特点就是：

动态波纹
光学特性（反射、折射、菲涅耳效应）
透明度

1、基本原理

水波效果可以基于【带法线纹理的玻璃效果】进行修改，通过添加噪声法线纹理结合Shader内置时间变量实现水波动态效果，加入菲涅耳计算公式实现水面的光学特性

关键点：

噪声纹理的使用

可以利用沃利噪声(细胞噪声)生成的噪声纹理灰度图，在Unity中将该噪声纹理灰度图作为高度图使用，用它代表水面的法线信息，只需要在Unity中将该灰度图设置为Normal map，并勾选Create from Grayscale后应用即可

动态效果的实现

自定义两个属性，代表水平面x和y轴的速度。在片元着色器中利用Shader内置时间参数 _Time.y 得到累积速度变化。然后用该速度变量从噪声法线纹理中进行两次采样，再讲两次采样的结果相加得到扰动后的法线，最后用该法线处理折射、反射、菲涅耳效果，这样看起来就会有动态效果了
该算法是图形学前辈们总结的高效的模拟流动感的算法，水波、火焰、玻璃折射都可以用

菲涅耳公式的运用

2、实现

Shader "ShaderProj/21/WaterWave"
{Properties{_MainTex("MainTex", 2D) = ""{}_BumpMap("BumpMap", 2D) = ""{}_Cube("Cubemap", Cube) = ""{}//控制折射扭曲程度的变量_Distortion("Distortion", Range(0,10)) = 0// 水波水平和数值速度偏移的属性 _WaveXSpeed("WaveXSpeed", Range(-0.1, 0.1)) = 0.01_WaveYSpeed("WaveYSpeed", Range(-0.1, 0.1)) = 0.01_FresnelScale("FresnelScale", Range(0,1)) = 1}SubShader {Tags{"RenderType"="Opaque" "Queue"="Transparent"}GrabPass{}Pass{Tags{"LightMode"="ForwardBase"}CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;sampler2D _BumpMap;float4 _BumpMap_ST;samplerCUBE _Cube;sampler2D _GrabTexture;float _Distortion;fixed _WaveXSpeed;fixed _WaveYSpeed;float _FresnelScale;struct v2f{float4 pos:SV_POSITION;float4 grabPos:TEXCOORD0;float4 uv:TEXCOORD1;float4 TtoW0:TEXCOORD3;float4 TtoW1:TEXCOORD4;float4 TtoW2:TEXCOORD5;};v2f vert(appdata_full v){v2f o;o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);o.grabPos = ComputeGrabScreenPos(o.pos);o.uv.xy = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);o.uv.zw = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _BumpMap);//计算反射光向量float3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);fixed3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;float3 worldTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent);float3 worldBinormal = cross(normalize(worldTangent), normalize(worldNormal)) * v.tangent.w;o.TtoW0 = float4(worldTangent.x, worldBinormal.x,  worldNormal.x, worldPos.x);o.TtoW1 = float4(worldTangent.y, worldBinormal.y,  worldNormal.y, worldPos.y);o.TtoW2 = float4(worldTangent.z, worldBinormal.z,  worldNormal.z, worldPos.z);return o;}fixed4 frag(v2f i):SV_TARGET{float3 worldPos = float3(i.TtoW0.w, i.TtoW1.w, i.TtoW2.w);fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));float2 speed = _Time.y * float2(_WaveXSpeed, _WaveYSpeed);fixed3 bump1 = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv.zw + speed)).rgb;fixed3 bump2 = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv.zw - speed)).rgb;fixed3 bump = normalize(bump1 + bump2);float3 worldNormal = float3(dot(i.TtoW0.xyz, bump), dot(i.TtoW1.xyz, bump), dot(i.TtoW2.xyz, bump));fixed4 mainTex = tex2D(_MainTex, i.uv + speed);float3 refl = reflect(-viewDir, worldNormal);fixed4 reflColor = texCUBE(_Cube, refl) * mainTex;//折射相关的颜色float2 offset = bump.xy * _Distortion;i.grabPos.xy = offset*i.grabPos.z + i.grabPos.xy; fixed2 screenUV = i.grabPos.xy / i.grabPos.w;fixed4 grabColor = tex2D(_GrabTexture, screenUV);fixed fresnel = _FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(normalize(viewDir), normalize(worldNormal)), 5);float4 color = lerp(reflColor, grabColor, 1 - fresnel);return color;}ENDCG}}
}