【博物纳新】Unity海洋场景构建

19891007 · 发表于 2020-11-26 19:19

【博物纳新】是UWA重磅推出的全新栏目，旨在为开发者推荐新颖、易用、有趣的开源项目，帮助大家在项目研发之余发现世界上的热门项目、前沿技术或者令人惊叹的视觉效果，并探索将其应用到自己项目的可行性。很多时候，我们并不知道自己想要什么，直到某一天我们遇到了它。
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导读

这个项目是基于Unity社区中一个经典Ocean shader多次改进后海洋场景，海平面实现了浮力、波浪、风、气泡、交互泡沫、焦散以及其他的一些光的反射折射效果。本文重点介绍海平面场景的构建，其他效果的实现不作重点介绍。
开源库地址：
https://lab.uwa4d.com/lab/5b442d9bd7f10a201faf74b5
Unity社区原版项目地址：
https://forum.unity.com/threads/wanted-ocean-shader.16540

效果展示：
普通效果
与岛屿交互
开启风效果，并设置大风

使用方法

项目作者将重要参数可视化，在Inspector面板中进行修改。如果不太明白该参数的模拟的效果，可点击参数末尾的“？”按钮，会有详细的解释。
例如：Waves Settings 中的参数，由上而下依次可已设置波浪大小、波浪波动大小、流速、波浪密度。
Ocean Object属性面板
并在其中预置了一些参数集作为可选场景，大家也可以保存自己修改后的参数集，添加可选场景。

可选场景列表

实验原理/方法

开启折射反射效果
不开启折射反射效果
作者采用绘制Mesh作为海平面、采用LOD技术进行优化。
作者将海平面区域划分为如图所示的11*11块方形区域，采用5级LOD、最外层加载一个铜钱形状Mesh来填充最外围的场景。
海平面分割图
所有Mesh全部生成在名为Ocean的Object下，部分生成的Mesh列表如下：
Mesh列表
船体永远位于5*5Mesh区域内，LOD级别为LOD_0，绘制最为精细的细节与效果。其余部分采取较低级别LOD，如图所示：
普通场景
开启WireFrame
当船体移动，驶出该区域，Ocean 组件会计算偏移量，然后将Ocean Object整体移动一块Mesh的距离，例如，在场景开始后控制船体向X轴负方向前进，直至驶出该Mesh区域，此时Ocean Object通过计算，也平移了一段距离：
注意Mesh的移动
移动前
移动后
这样可以保证距离摄像机最近的地方显示效果最佳，距离摄像机较远的地方绘制的Mesh采用较低等级的LOD，以节省开销。
以下节选相应代码：
用于计算偏移量，来决定是否移动Ocean Object：
1 void calculateCenterOffset() {
2       if (followMainCamera && player) {
3          centerOffset.x = MyFloorInt(player.position.x * sizeInv.x) *  size.x;
4          centerOffset.z = MyFloorInt(player.position.z * sizeInv.y) *  size.z;
5          centerOffset.y = transform.position.y;
6          if(transform.position != centerOffset) {
7                ticked = true;
8                transform.position = centerOffset;
9             //确保在偏移更改时立即更新LOD0
10             updateTiles(0, 1);
11             ticked2 = true;
12          }
13          //计算高度
14          if(player) {
15             if(farLodOffset!=0) {
16                   flodFact = 1f - Mathf.Clamp01((player.position.y)*0.0007f);
17                   //调整摄像机距离
18                   ffact = MyFloorInt(flodFact*10.5f);
19                   if(ffact != oldffact) {
20                      oldffact = ffact;
21                      ticked = true;
22                      updateTiles(1, max_LOD);
23                   }
24                }
25          }
26       }
27 }产生Mesh并选择对应的LOD级别（变量christ）：
1 void GenerateTiles() {
2
3       int chDist, nmaxLod=0; // Chebychev distance
4
5       //设置LOD级别
6  for (int y=0; y<tiles; y++) {
7          for (int x=0; x<tiles; x++) {
8             chDist = System.Math.Max (System.Math.Abs (tiles / 2 - y), System.Math.Abs (tiles / 2 - x));
9             chDist = chDist > 0 ? chDist - 1 : 0;
10             if(nmaxLod<chDist) nmaxLod = chDist;
11          }
12       }
13       max_LOD = nmaxLod+1;
14
15       flodoffset = new float[max_LOD+1];
16       float ffact = farLodOffset/max_LOD;
17       for(int i=0; i<max_LOD+1; i++) {
18          flodoffset = i*ffact;
19       }
20
21       btiles_LOD = new List<Mesh>();
22       tiles_LOD = new List<List<Mesh>>();
23//添加Mesh
24       for (int L0D=0; L0D<max_LOD; L0D++) {
25          btiles_LOD.Add(new Mesh());
26          tiles_LOD.Add (new List<Mesh>());
27       }
28
29       GameObject tile;
30
31       int ntl = LayerMask.NameToLayer (&#34;Water&#34;);
32
33       for (int y=0; y<tiles; y++) {
34          for (int x=0; x<tiles; x++) {
35             chDist = System.Math.Max (System.Math.Abs (tiles / 2 - y), System.Math.Abs (tiles / 2 - x));
36             chDist = chDist > 0 ? chDist - 1 : 0;
37             if(nmaxLod<chDist) nmaxLod = chDist;
38             float cy = y - Mathf.Floor(tiles * 0.5f);
39             float cx = x - Mathf.Floor(tiles * 0.5f);
40             tile = new GameObject (&#34;Lod_&#34;+chDist.ToString()+&#34;:&#34;+y.ToString()+&#34;x&#34;+x.ToString());
41
42             Vector3 pos=tile.transform.position;
43             pos.x = cx * size.x;
44             pos.y = transform.position.y;
45             pos.z = cy * size.z;
46
47             tile.transform.position=pos;
48             tile.AddComponent <MeshFilter>();
49             tile.AddComponent <MeshRenderer>();
50             Renderer renderer = tile.GetComponent<Renderer>();
51
52             tile.GetComponent<MeshFilter>().mesh = btiles_LOD[chDist];
53             //tile.isStatic = true;
54
55 //选择Material
56                   if(numberLods==2) {
57                      if(chDist <= sTilesLod) { if(material) renderer.material = material; }
58                      if(chDist > sTilesLod) { if(material1) renderer.material = material1; }
59                   }else if(numberLods==3){
60                      if(chDist <= sTilesLod ) { if(material) renderer.material = material; }
61                      if(chDist == sTilesLod+1) { if(material1) renderer.material = material1; }
62                      if(chDist > sTilesLod+1) { if(material2) renderer.material = material2; }
63                   }
64             } else {
65                   renderer.material = material;
66             }
67
68//设置为子节点
69             tile.transform.parent = transform;
70
71//也不希望在进行折射/反射传递时绘制这些，
72//所以将添加到水层以便于过滤。
73
74             tile.layer = ntl;
75
76             tiles_LOD[chDist].Add( tile.GetComponent<MeshFilter>().mesh);
77          }
78       }
79
80       //是否开启最外层铜钱状Mesh
81       initDisc();
82 }不同的LOD级别也对应不同的Material
1mat[0] = material;
2       mat[1] = material1;
3       mat[2] = material2;

不同LOD级别的材质

性能测试
本次性能测试中，使用了开启多线程渲染的版本，分别在小米8、红米Note2两款设备上进行了测试，并使用UWA GOT Online获取性能数据。得到数据如下：
可以看到即使在红米Note2这样的低端机上，这个Demo也可以跑出平均46帧，在这样的效果来说属于性能非常不错的移动端海洋效果，推荐在移动设备上使用。
开源库传送门：
https://lab.uwa4d.com/lab/5b442d9bd7f10a201faf74b5
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