Simple Vertex Displacement

写在前面：

本文章为个人学习笔记，方便以后自己复习，也希望能帮助到他人。

由于本人水平有限难免出现错误，还请评论区指出，多多指教。

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参考资料与链接会在文章末尾贴出。

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之前我们一直在fragment shader里玩花样，而在vertex shader里面只做了坐标位置的变换，这次我们尝试在vertex shader里搞点小花样。

先简单写个halfLambert + blinPhong的shader，当然也可以用unity自带的surface shader，个人习惯是自己写光照模型存起来以后复制粘贴就好了。

1.先尝试点简单的操作：

我们在vertex shader里面将所有顶点乘2，相当于所有顶点外扩了：

让顶点的y坐标随着x不同而不同：

我们可以为这个sin函数加上振幅和频率：

2.法线问题

虽然在上文我们改变了顶点的位置，但实际上我们改变后的模型的法线是错的，因为我们只改变过顶点位置却没随之调整法线。

比较简单灵活一种计算法线的方式：计算变形后某一点邻近点的信息，并根据此信息再重新计算原来点的法线。

我们可以沿着表面某一点的tangent和bitangent来计算得到邻近的点。normal，tangent和bitangent三者是相互垂直的，如下图，蓝色是normal，黄色是tangent，红色是bitangent：

tangent已然储存在了模型数据中，我们可以直接使用；而bitangent并没有，但我们亦可以通过计算normal和tangent的叉乘轻松求出。

在我们获得bitangent之后，我们在几乎与原顶点相同的位置上创建两个点，不过给他们一点点偏移，且用他们做同样的sin函数计算。

　　　　　　　struct a2v
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normal : NORMAL;
                float3 tangent : TANGENT;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;             
                float4 pos : SV_POSITION;
                float4 posWS : TESSFACTOR1;
                float3 normal : TEXCOORD2;
                float3 tangent : TEXCOORD3;
                float3 bitangent : TEXCOORD4;
                float3 normalWS : TEXCOORD5;
            };
           

            v2f vert (a2v v)
            {
                v2f o;

                float4 modifiedPos = v.vertex;
                modifiedPos.y +=sin(v.vertex.x * _Frequency) * _Amplitude;

                float3 posPlusTangent = v.vertex + v.tangent * 0.01;
                posPlusTangent.y += sin(posPlusTangent.x * _Frequency) * _Amplitude;

                float3 bitangent = cross(v.normal,v.tangent);
                float3 posPlusBitangent = v.vertex + bitangent * 0.01;
                posPlusBitangent.y += sin(posPlusBitangent.x * _Frequency) * _Amplitude;

                float3 modifiedTangent = posPlusTangent - modifiedPos;
                float3 modifiedBitangent = posPlusBitangent - modifiedPos;

                float3 modifiedNormal = normalize(cross(modifiedTangent, modifiedBitangent));

                o.pos = UnityObjectToClipPos(modifiedPos);
                o.posWS = mul(unity_ObjectToWorld,modifiedPos);
                o.normalWS = UnityObjectToWorldNormal(modifiedNormal);
                return o;
            }

需要注意的是偏移点的计算是在object space，而最后仍要计算clip pos和世界空间下的顶点位置和法线。

最后我们可以加入时间变量让模型动起来，在unity官方文档中可以找到一些shaderlab内置的变量，包括我们等下用使用的_Time。

Built-in shader variables