【Unity3D】水波特效
1 水波特效原理
水面特效 中基于 Shader Graph 实现了模拟水面特效，包含波纹、起伏、折射、泡沫等细节，本文将基于屏幕后处理实现环形水波特效。
水波特效属于 Unity3D 后处理特效，其原理是：对渲染后的纹理进行局部挤压和拉伸变换，即对局部 uv 坐标进行周期性的偏移运动，实现波纹效果。
1）波形方程
为简化水波模型，我们假设水波以机械波（正弦或余弦）传播，并且 0 时刻的水面波形函数为：
其中，r 是质点距离水波中心的半径长度，w1 是波形角频率（值越大，波纹越密），A 是质点水平振动的振幅，offset 是质点的水平偏移量。
2）振动方程
t 时刻，半径为 r 的质点水平偏移量为：
其中，w2 是质点水平振动的角频率（值越大，质点振动越快）。
本文代码资源见：Unity3D水波特效。
2 代码实现
WaterWaveEffect.cs
using UnityEngine;
[RequireComponent(typeof(Camera))] // 屏幕后处理特效一般都需要绑定在像机上
public class WaterWaveEffect : MonoBehaviour {
public float A = 0.01f; // 水面质点水平波动振幅
public float w1 = 60; // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)
public float w2 = 30; // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)
public float waveWidth = 0.3f; // 水波宽度(水波在扩散时, 后波会消失)
public float waveSpeed = 0.3f; // 水波传播的速度
private float waveTime; // 水波传播时间
private Vector4 waveCenter; // 水波中心
private Material waveMaterial; // 水波材质
private bool enabledWave = false; // 水波开关
private void Awake() {
waveMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/WaterWave"));
waveMaterial.hideFlags = HideFlags.DontSave;
}
private void Update() {
if (Input.GetMouseButton(0)) {
waveCenter = new Vector2(Input.mousePosition.x / Screen.width, Input.mousePosition.y / Screen.height); // 屏幕坐标归一化
enabledWave = true;
waveTime = 0;
}
}
void OnRenderImage (RenderTexture source, RenderTexture destination) {
if (enabledWave) {
SetWaveMaterialParams();
Graphics.Blit (source, destination, waveMaterial);
waveTime += Time.deltaTime;
if (waveTime > 2 / waveSpeed) { // 水波传播到屏幕外面, 结束水波特效
enabledWave = false;
}
} else {
Graphics.Blit (source, destination);
}
}
private void SetWaveMaterialParams() { // 设置水波材质参数
waveMaterial.SetFloat("_A", A); // 水面质点水平波动振幅
waveMaterial.SetFloat("_w1", w1); // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)
waveMaterial.SetFloat("_w2", w2); // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)
waveMaterial.SetFloat("_t", waveTime); // 水波传播时间
waveMaterial.SetVector("_o", waveCenter); // 水波中心
waveMaterial.SetFloat("_waveDist", waveTime * waveSpeed); // 水波传播距离
waveMaterial.SetFloat("_waveWidth", waveWidth); // 水波宽度(水波在传播时, 后波会消失)
}
}
说明：WaterWaveEffect 脚本组件需要挂在相机下。
WaveShader.shader
Shader "Custom/WaterWave"
{
Properties
{
_MainTex ("mainTex", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Pass
{
ZTest Always
Cull Off
ZWrite Off
Fog { Mode off }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert_img // UnityCG.cginc中定义了vert_img方法, 对vertex和texcoord进行了处理, 输出v2f_img中的pos和uv
#pragma fragment frag
#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest
#include "UnityCG.cginc"
sampler2D _MainTex;
float _A; // 水面质点水平波动振幅
float _w1; // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)
float _w2; // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)
float _t; // 水波传播时间
float2 _o; // 水波中心坐标
float _waveDist; // 水波传播距离
float _waveWidth; // 水波宽度(水波在传播时, 后波会消失)
fixed4 frag(v2f_img i) : SV_Target // 水波uv坐标的计算不能在顶点着色器中进行, 因为屏后处理的顶点只有屏幕的4个角顶点
{
float2 vec = i.uv - _o.xy;
vec.x *= _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; // 按照屏幕长宽比进行缩放
float radius = length(vec); // 距离波中心的半径长度
float leng = abs(radius - _waveDist);
float offset = 0;
if (leng < _waveWidth)
{
offset = _A * sin(_w1 * radius - _w2 * _t) * (1 - leng / _waveWidth);
}
return tex2D(_MainTex, i.uv + offset * 0.707); // offset是一维的, uv是二维的, 需要除以根号2, 即乘以0.707
}
ENDCG
}
}
Fallback off
}
3 运行效果
点击屏幕任意位置，出现水波如下，注意观察地面和天空交界的直线，可以明显看到正弦波形。
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声明：本文转自【Unity3D】水波特效
