Unity shader 水波 ，模拟雨滴落的水波

RhinoFreak

前言

        尽管已经有很多关于水波的shader了，原理就是通过sin函数的波动，在图片的uv上做手脚，从而实现波纹。对于多个波纹的处理并没有很好地实现。本篇文章尽量以最简洁的方式，为大家讲解多个水波的实现过程。
实现原理

1.实现基础

对于水波而言， 他的波Unity shader 水波  ，模拟雨滴落的水波
涌主要是靠sin来完成的。 那么我们就可以通过sin（距离）来完成水的波动效果。



sin函数

2.多波纹

其次就是多点同时出现的效果，假设一个shader同时只有一个水波出现，呢么原理其实也很简单，就是每一个UV点都计算出 到原点的距离，然后套用sin（距离）这个公式就能出现水波了，但是，一个小水面，可以同时出现好几个水波，这就比较麻烦了。

多个水波
https://www.zhihu.com/video/1433834422303318016

思路1，在cpu中做一个噪点图，噪点图里面存储几个水波产生的波纹。---能实现，但是对cpu消耗太大，毕竟每次水波变化的时候都要将噪点图更新一下。
思路2，通过在c#代码中传入不同的水波的初始点， 然后在Shader的算法中对每一个uv点做插值。
但是水波的点不是固定的，可能有一两个，也有可能是七八个，所以对于Shader来说他不是一个固定的。要使用到for循环这种方式去动态更新。运气比较好，我们的Shader在4.0版本之后也是支持for循环了。

效果展示

水波
https://www.zhihu.com/video/1433834745885548544

水波效果
https://www.zhihu.com/video/1433834766436728832
c#代码
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEditor;

public class CreatNodes : MonoBehaviour
{
    public float _speed = 3;

    public float forward_speed= 0.006f;
    public float back_speed = 0.0045f;
     float max_dis = 1;
    public float width = 0.15f;
    /// <summary>
    /// 当前的材质
    /// </summary>
    private Material currentMaterial;
    public const int max_click_count = 10;
    //shader最大同时水波的数量是10，要修改请到Wave.shader里面相关代码一起修改
    public Vector4[] uis = new Vector4[max_click_count];

    void Awake()
    {
        currentMaterial = transform.GetComponent<Renderer>().sharedMaterial;
        currentMaterial.SetVectorArray("_ArrayParams", uis);
    }
    private Ray ray;
    private RaycastHit hit;
    bool can_add;

    Vector3 vector3;
    private void FixedUpdate()
    {

        for (int i = 0; i < uis.Length; i++)
        {
            if (uis.z > max_dis)
                uis.Set(0, 0, 0, 0);
            if (uis.x == 0 && uis.y == 0)
            {
                if (can_add)
                {
                    //将物体坐标转换成uv坐标
                    uis.x = vector3.x + 0.5f;
                    uis.y = vector3.y + 0.5f;
                    //头与尾巴的宽度
                    uis.z = width;
                    //尾巴的开始点
                    uis.w = 0;
                    can_add = false;
                }
            }
            else
            {
                uis.z += forward_speed * _speed;
                uis.w += back_speed * _speed;
            }

        }
        currentMaterial.SetVectorArray("_ArrayParams", uis);
    }
    private void Update()
    {
        if (Input.GetMouseButtonDown(0))
        {
            // 主相机屏幕点转换为射线
            ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
            //射线碰到了物体
            if (Physics.Raycast(ray, out hit))
            {
                if (hit.transform == transform)
                {
                    vector3 = transform.InverseTransformPoint(hit.point);
                    can_add = true;
                }
            }
        }
    }
}
Shader代码
Shader "Unlit/Wave"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
                _Ctor("Ctor", float) = 84
        _timeCtor("timector",float)=60
        _max_dis("maxdis",Range(0,1))=0.5
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma multi_compile_fog
            #pragma target 4.0

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
              float4 _ArrayParams[10];
              float _Ctor;
              float _timeCtor;
              float _max_dis;
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
               float2 uv =float2(0,0);
                 [unroll]
                for (int j = 0; j < 10; j++)
               {
                         float2 dv = float2(_ArrayParams[j].x,_ArrayParams[j].y) - i.uv;
                           float dis = sqrt(dv.x * dv.x + dv.y * dv.y);
                           float sinFactor = sin(dis* _Ctor +_Time.y *_timeCtor ) ;
                           float2 dv1 = normalize(dv);
                           float2 offset = dv1  * sinFactor*max(0,_max_dis-dis)*step(dis,_ArrayParams[j].z)*step(_ArrayParams[j].w,dis);
                           uv += offset ;
               }
               uv=i.uv+uv/10;
                       return tex2D(_MainTex, uv);       
            }
            ENDCG
        }
    }
}
shader代码里面使用了for，上面打上[unroll]标签，编译的时候会把for展开成静态代码。相对于流式，运行时的性能会高很多。
结束

一开始我使用思路一的，但是发现走到后面发现卡的飞起，每一帧里面要遍历图片所有像素赋值，然后存下载交给GPU。如此之大费周章不是我的风格。
通过测试得出第二种无论性能还是内存都要比第一种好。所以还是要使用第二种。
这个是我临时做的，有问题可以者加群问我哦：870332020

Mecanim

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