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title: “中级Shader教程16 水渲染”
date: 2018-04-23 16:09:03
author: Jiepeng Tan
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1.Noise和FBM请参考这篇文章中给出的链接
2.ranymarching 框架
这里利用了Noise本身随机的同时也连续的特性来模拟水面的变动
1.使用FBM来实现水面的基本形状
2.水的动态是通过在Noise中使用time作为一个维度,来实现水的扰动
1.水渲染需要考虑的有diffuse,specular,reflect,refract,fresnel这几种不同的效应
1.使用FBM 来模拟水的波动 (利用的是其随机性和连续性)
2.在Noise中使用time作为其中的一维度来模拟水的动态
float WaterMap( fixed3 pos ) {
return FBM( fixed3( pos.xz, ftime )) * 1;
}
float3 WaterNormal(float3 pos,float rz){
//注意这里的小技巧 法线随着距离而变化幅度小的,
//不会造成因ray采样少而导致的噪音波动
float EPSILON = 0.003*rz*rz;
float3 dx = float3( EPSILON, 0.,0. );
float3 dz = float3( 0.,0., EPSILON );
float3 normal = float3( 0., 1., 0. );
float bumpfactor = 0.4 * pow(1.-clamp((rz)/1000.,0.,1.),6.);//根据距离所见减少Bump幅度
normal.x = -bumpfactor * (WaterMap(pos + dx) - WaterMap(pos-dx) ) / (2. * EPSILON);
normal.z = -bumpfactor * (WaterMap(pos + dz) - WaterMap(pos-dz) ) / (2. * EPSILON);
return normalize( normal );
}
1.反射是根据入射rd以及法线nor,计算反射rdrfl
2.通过反射rdrfl和入射点p 重新发射一条新的ray 进行raymarching
1.在进行raymarching 的过程中先忽略水面的检测这样可以直接获得碰撞点p
2.计算p到水面的距离 来融合水的颜色和背景色,模拟折射效果
这里使用了取巧的方式只是改变了p的法线来模拟水面的扰动,正确的应该根据水面法线重新raymarching,
float4 ProcessRayMarch(float2 uv,float3 ro,float3 rd,inout float sceneDep,float4 sceneCol){
float maxT = 10000;
float minT = 0.1;
float3 col = float3 (0.,0.,0.);
float waterT = maxT;
//直接模拟水平面 求交ray和平面的交点
if(rd.y <-0.01){
float t = -(ro.y - waterHeight)/rd.y;
waterT = min(waterT,t);
}
float sundot = clamp(dot(rd,_LightDir),0.0,1.0);
float rz = RaycastTerrain(ro,rd);
float firstInsertRZ = min(rz,waterT);
float fresnel = 0;
float3 refractCol = float3(0.,0.,0.);
bool reflected = false;
// hit the water
if(rz >= waterT && rd.y < -0.01){
float3 waterPos = ro + rd * waterT;
float3 nor = WaterNormal(waterPos,waterT);
float ndotr = dot(nor,-rd);
fresnel = pow(1.0-abs(ndotr),6.);//
float3 diff = pow(dot(nor,_LightDir) * 0.4 + 0.6,3.);
// 基本水颜色
float3 waterCol = _BaseWaterColor + diff * _LightWaterColor * 0.12;
// 根据pos距离水面的高度调整透明程度
float transPer = pow(1.0-clamp( rz - waterT,0,waterTranDeep)/waterTranDeep,3.);
// 获取折射后颜色
float3 bgCol = RenderMountain(ro,rd + nor* clamp(1.-dot(rd,-nor),0.,1.),rz);
refractCol = lerp(waterCol,bgCol,transPer);
//计算发射ro,rd,重新发射ray 进行 raymarching
ro = waterPos;
rd = reflect( rd, nor);
rz = RaycastTerrain(ro,rd);
reflected = true;
col = refractCol;
}
//渲染背景
if(rz >= maxT){
col = Sky( ro, rd,_LightDir);
}else{
col = RenderMountain(ro,rd,rz);
}
// 融合折射和反射效果
if( reflected == true ) {
col = lerp(refractCol,col,fresnel);
float spec= pow(max(dot(rd,_LightDir),0.0),128.) * 3.;
col += float3(spec,spec,spec);
}
MergeUnityIntoRayMarching(firstInsertRZ,col,sceneDep,sceneCol);
sceneCol.xyz = col;
return sceneCol;
}
本教程配套blog
本教程配套项目源码
教程中抽取的RayMarching框架