在Unity中完善一下Unreal模拟伪液体血瓶的效果

墙和鸡蛋 · 发表于 2020-12-24 09:15

之前群里的诸位程序大佬们看到一个血瓶效果，链接点这里：
知乎链接：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/67576382?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=69639983857664&from=groupmessage
标题：Unreal-TrickTech_血瓶_伪液体
然后就吐槽我，让我也写点儿类似这种效果的文章啊，云云...
我在学习啊，我在补渲染基础啊，我才看到图片压缩算法啊，才刚知道BC1(DXT1)压缩比为啥是6:1啊，擦......
算了，今儿上班有点儿空，就大体实现了一下之前自己的一个思路。
原文中，是以一个物体顶点位置的高度作为mask，进行顶点剔除，然后双面渲染，将内表面的法线调整为float3(0,0,1)，再加上边缘顶点的扰动，来实现的伪液体的效果。几年前我在项目中，制作边缘过度的水效果的时候，也是大同小异的这么一种思路，当然问题就是水面其实是凹进去的，无法进行必要的交互，否则就会穿帮。
所以，看完这篇文章后，我就大体想到了另外的一个思路。不是用mask将顶点剔除，而是保留顶点，将高度超过限制的顶点摊平到液体表面，之后再调整法线和加入液体的顶点运动模拟来实现伪液体效果。好处自然是不用双面渲染而且深度测试也完全OK，不管算光照，反射还是阴影都不会有问题。
思路有了，剩下的就是着手开干了：
1：Max中创建标准球体模型，记下球体半径，模型记得坐标系归零。
2：导入Unity，附上材质，创建空无光照Shader，拖给材质，开始进行Shader的编写。
3：为了观察法线效果，我这里用了一张血色check图，然后设置为CubeMap模式，先给球写一个反射效果。
到这里都没有什么问题，当然也还没进入正题，下面就开始写顶点变换部分的算法了。
4：很简单的，先给一个控制血量百分比的参数：
_HpAmount(&#34;HP%&#34;,range(0.001,100)) = 100
然后VS里面，写入(注意，这里都是在Local空间下计算的顶点位置，所以要写到剪裁空间变换之前。还有，所有的if，都可以用step来进行优化)：
if (v.vertex.z >= 0.006 * _HpAmount)
{
v.vertex.z = 0.006 * _HpAmount;
v.normal = float3(0, 0, 1);
}
这样就实现了最基本的顶点高度坍缩了。
当然，目前的效果看，有几个很大的问题：
a，液面面积不能进行必要的改变。高于50%血量还凑合，但如果低于50%的话，血球效果就完全不对了。
b，因为顶点数量较少，在VS里面写顶点级别的形变，毫无疑问，上下两层顶点之间，是不会有很好的过度的，这就会导致血量下降时，球体边缘的变化不是沿着球面弧形变化的，而是直上直下的顶点塌陷，很丑。
所以，我们要想办法解决这两个问题。
是时候，运用我们的几何知识了——

根据调整的血量百分比，我们完全可以计算出，该血量高度下的圆形液面的半径，从而也就完全能得出在该血量下，球体的外轮廓正确的顶点位置坐标。之后，只要将塌陷的顶点的水平坐标根据正确的坐标位置进行修正即可。
所以也就出现了本做法的一个重要的限定条件，这玩意儿的形状必须是简单的规则几何体。
好了，下面我们开始讲几何：

设目前的血量为H，H>=50%，球体半径为r，我们要求的，就是球面上一点P的坐标值。如上图：
因为我们的坐标系已经初始化为球底部中心为(0,0,0)，所以：
点P到球中心轴的距离长度为r * sinα。
而cosα = 球面上半部分的血量 / 半径r。
血量H-50%，即为球面上半部分的血量。
这样，我们也就得出了H高度下，理想的球弧面上，顶点P距离中心轴的距离了(下面简称理想距离)。
而我们塌陷的点距离中心轴的实际距离为(下面简称实际距离):
√（v.vertex.x + v.vertex.y）
所以，我们还需要根据两个距离的比值，对顶点的x、y值进行缩放。这样就可以保证顶点完美的附着在球体表面了。
H>=50%的时候，顶点的x、y值都是需要进行扩大的。但这里又不能每个顶点都进行扩大，因为液面上还要保证一定的网格密度，好留着后面进行液面模拟和法线修正呢。所以这边可以设定一个实际距离的长度阈值，用来保证只对外围的顶点进行x、y值的修正。
当H<50%的时候，同样的，需要将实际距离的长度大于理想距离的点进行x、y值的修正即可。
计算代码如下：
经过这样的修正之后，液面就可以在保证一定的网格密度的前提下，根据血量高度，沿球体弧面进行平滑的面积缩放了。
之后，至于传入随机数，进行液面波浪的模拟啊，PS通道中利用偏导数求解法线啊，什么光照计算啊，阴影模拟啊，什么什么的，就都可以顺利的往下慢慢进行了。

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