风格化水面实现笔记

yukamu

演示视频


https://youtu.be/Z8lJ-8gI7V0
一些实现细节

Base Color


传入三个颜色值：深海色，浅海色和波峰色
根据海床深度在深海色和浅海色之间插值，
再根据波峰高度（disp map）在上一步得到的颜色和波峰色之间插值
法线


在造型得到disp map的同时算一张对应的normal map，渲染时需要用到这个normal，否则geometry虽然改了但是渲染的结果是平的。
在这个基础上加上两张水面细节bump map，以不同的方向进行uv流动。tiling也要不同。
bump map的scale根据水面离相机的远近变化，越远越小。这样做一是因为远的地方没必要加细节法线，二来可以缓解大范围normal map tiling的视觉重复感。
三个深度

海床深度：从上到下，由正交相机捕捉到的深度值海面在相机视角的深度 surfaceDepth

• 海床在相机视角的深度 sceneDepth
  sceneDepth - surfaceDepth得到光路在水中travel的距离
  

反射


根据当前相机位置，找到关于海平面的平面对称点，生成一个反射相机，记录renderTexture。
//这个反射相机只看见特定layer和天空盒。近处的石头如果用这种方法反射会出问题，可以不让反摄像机看见近处的石头，反正近处反射弱。
在渲染水面时采样这张renderTexture，采样的坐标受到世界空间的法线扰动。
采样得到的颜色跟base color相乘，比例可调。
折射


折射用GrabPass实现，采样坐标受到切线空间的法线扰动，
然后把采样得到的折射颜色值和BaseColor根据之前算出的waterTravelDistance插值。travel距离短，能看到水底，距离长，不能看到水底。
用这样的方法实现折射的好处是，整个shader可以是opaque的，半透明的部分用这个方法代替。
根据fresnel结合反射和折射


一个trick：接近岸边的部分专门降低了反射率，提升了折射率。这样可以让水体和岸边更好的融合，视觉上不会显得突兀。
Wave Foam


在生成disp map的时候可以根据mesh的曲张程度（jacobian >1, <1）来决定哪里生成浮沫。
生成的浮沫需要流动（uv流动），需要随时间消散，需要二值化来达到卡通的效果。
浮沫整体强度在接近岸边的时候下调，避免突兀。
Coast Foam


利用之前算出来的waterTravelDistance，这个值很小的地方就是接近岸边的地方（不一定是岸，也可以是泡在水里的石头等等）
//这个方法的不足之处在于，浮沫区域的宽度会受到近岸除海床的斜率的影响。斜率很小则浮沫区域很宽，斜率很大则浮沫区域很窄。
使用sin函数和一张noise贴图叠加，并且进行二值化，最终得到白色的岸边浮沫。
浮沫整体强度也受到fresnel值的影响。脚下的浮沫看起来淡，远处比较强。（参考原神）（大概是因为这样的浮沫在近处看很丑吧）
这里用的fresnel的值和之前混合折射反射用的fresnel值不一样。这个值计算的时候，法线使用（0，1， 0）而非实际法线。否则在波浪大的时候，浮沫强度忽明忽暗，效果不好。
风格化高光Specular项


使用phong shading的公式计算，但是用到的法线是特殊的法线。
特殊法线由实际法线和（0， 1， 0）根据srufaceDepth插值而来。这样远处的specular就会更聚拢，近处更分散/受扰动更大。
根据一个threshold进行二值化，以达到风格化的效果。
这个specular项加在reflection项上参与fresnel混合，这样近岸处更加柔和。
焦散caustic


一张voronoi噪声用两个不同的流动速度和方向进行采样，并用min混合。
用unity projector把混合结果投影在terrain上海拔低于0的部分
接近海拔0的地方做渐隐，离相机过远的地方做渐隐。
潮湿沙地


同样使用unity projector在terrain上海拔低于0的部分投下淡淡的黑色。
用sin函数扰动边界并且在边界处blur。