在unreal中的基于波叠加的波浪水面材质原理和制作

关于水的渲染模型

如何渲染出真实的水体和模拟，是图形学，游戏开发乃至仿真领域很有意思的一件事

记得小时候玩《Command & Conquer: Red Alert 3》，被当时的水面效果深深震撼，作为一款2008年出的游戏，现在想起它当时的水面还是依旧印象深刻

 2018年的《盗贼之海》的水就非常好看

 到现在的水体渲染已经从材质模拟到现在ue5的粒子模拟，可谓是进步十足，现在的主流水体渲染方案有几种，线性波形叠加方法，统计模型方法，波动粒子方法，基于物理的方法，预渲染方法等，各种五花八门的方法层出不穷，本文的方法主要是基于第一种方法

真实的波浪模型

波浪，意思是指具有自由表面的液体的局部质点受到扰动后，离开原来的平衡位置而作周期性起伏运动，并向四周传播的现象。

实际上海或者水的波浪是多个波浪叠加起来的产物

波的性质：必须是周期性或近似周期性的运动，也是可以后面我能用流动uv的原因

驻波(Standing wave)﹕外观波形并无明显之移动趋势，各点仅有水面上下起伏者

行进波(Progressive wave): 外观波形以特定速度行进者

波浪叠加﹕不同频率、不同方向传的波浪彼此可以是不相干的。实际在海面 上观看到的混乱波浪场便是由许多大小不等、方向与频率各异的波浪所叠加而成。叠加过程并不妨碍波浪场各组成份子(成份波)彼此的独立性。

 关于波的叠加

波共同特性 各种形式的波的共同特征是具有周期性。 受扰动物理量变化时具有时间周期性，即同一点的物理量在经过一个周期后完全恢复为原来的值；在空间传递时又具有空间周期性，即沿波的传播方向经过某一空间距离后会出现同一振动状态（例如质点的位移和速度）。

 

在同一介质中传递的两个波相遇时，重叠范围内会遵守波的叠加原理，当两波分开后，会维持各自原本的运动，称为波的独立性。

下面将利用波的独立性多个性质叠加实现波浪模拟

首先给一个波浪的基础颜色和法线贴图

 可以看见一个贴图已经好了，但是没有效果

对波浪的法线贴图做UV流动动画

关于Panner（平移）节点 

坐标（Coordinate）：接收可以通过表达式来修改的基本 UV 纹理坐标。 
时间（Time）：接收用来确定当前平移位置的值。这通常是用来提供常量平移效果的时间表达式，但是，也可以使用常量或标量参数来设置特定偏移，或者通过 Matinee 或蓝图来控制平移。
Speed X(速度 X) : 坐标沿水平或 X 轴方向移动的速度。
Speed Y(速度 Y) : 纹理坐标沿垂直或 Y 轴方向移动的速度。
Const Coordinate(常量坐标) : 仅在未连接坐标的情况下使用。
Fractional Part(小数部分) : 仅输出平移计算结果的小数部分，以提高精度。输出将大于或等于 0 并且小于 1。 

这时候给材质一个在X分量上的速度0.2，这时候就可以看到材质流动了

但是这时候法线波浪不明显，这时候就需要修改法线贴图的分量比例了 

处理法线贴图使波浪明显

法线贴图的的RGB分别代表法线的XYZ坐标

光线作用于法线的时候，物体的凹凸效果是通过XY的分量决定的，这里将RG（也就是法线向量的XY分量）提出来，乘一个系数Param，系数越大，波浪越明显

处理好的蓝图如下：

 将RG分量乘以系数，就直接给个20，可以发现波浪已经非常明显了

 但是单个贴图流动，总是重复的，太假了

利用多UV的向量叠加制造不重复真实的波浪效果

将三个贴图的法线贴图叠加，给予不同的速度（不同的波浪速度是不一样的）

这三张贴其实是不一样的（我用了个技巧，给他们的UV平铺不一样，大小不一样，就像三种波纹叠加了） 

 看看效果：

利用贴图法线XY分量的周期变化实现驻波 

用下面的材质，注意其中的Param要随着时间周期变化

 在actor蓝图中设立一个时间轴，值随着时间去变大然后变小，周期变化

 时间轴（其实这里用正弦或者余弦函数更仿真，这里只先讲清楚原理）

 实现效果： 

将行进波和驻波叠加

 最终效果：