Unity shader 水波，模拟雨滴落的水波

RhinoFreak · 发表于 2021-11-20 11:05

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(&#34;_ArrayParams&#34;, 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(&#34;_ArrayParams&#34;, 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 &#34;Unlit/Wave&#34;
{
Properties
{
      _MainTex (&#34;Texture&#34;, 2D) = &#34;white&#34; {}
_Ctor(&#34;Ctor&#34;, float) = 84
      _timeCtor(&#34;timector&#34;,float)=60
      _max_dis(&#34;maxdis&#34;,Range(0,1))=0.5
}
SubShader
{
      Tags { &#34;RenderType&#34;=&#34;Opaque&#34; }
      LOD 100
      Pass
      {
         CGPROGRAM
         #pragma vertex vert
         #pragma fragment frag
         #pragma multi_compile_fog
         #pragma target 4.0

         #include &#34;UnityCG.cginc&#34;

         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 · 发表于 2021-11-20 11:05

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