Reflect & Refract (以水渲染为例)

 

我不是Shader帝，虽然知道Shader怎么写，但一直没仔细研究过。最近蛋疼至极，研究了下RenderMonkey，于是抽着几个看着比较有趣的效果做了一下。

 

先前的模型贴花http://www.cppblog.com/Leaf/archive/2011/01/07/138093.html

和CUBE MAP http://www.cppblog.com/Leaf/archive/2011/01/07/138106.html

就是此次蛋疼期的产物之一。

 

还是先围观，上图再说

 

本次要蛋疼的是折射和反射。

反射和折射通常用于增加场景真实感。由于其代价昂贵（通常是要将场景多渲染两次为代价）。因此在实际的游戏开发中，都省着用。而此次演示的水的反射和折射并未进行场景渲染，只做了以下几点工作。

 

１、渲染天空球。

２、渲染一个水面，并用CUBEMAP对其进行映射，映射时纹理坐标采用投影方式，并附带扰动。（扰动用的是一个立方体纹理）

 

附加说明：此次是对RenderMonkey 1.82里的Reflections Refractions例子里的Ocean进行改造。 原本Ocean里只做了反射，我强加上了折射。

关于折射，有一个哥们的资料解释得挺好的。链接如下

http://www.zwqxin.com/archives/shaderglsl/review-reflect-and-refract.html

 

 

下面是Vertex Shader代码。以及其解释

float4x4 view_proj_matrix;//: register(c0);
float4 scale;//: register(c5);
float4 view_position;
struct VS_OUTPUT {
   float4 Pos:    POSITION;
   float3 pos:    TEXCOORD0;
   float3 normal: TEXCOORD1;
   float3 vVec:   TEXCOORD2;
};

VS_OUTPUT main(float4 Pos: POSITION, float3 normal: NORMAL){
   VS_OUTPUT Out;

   // Get some size on the water
   Pos.xy *= 1000; //由于RenderMonkey里的OceanSurface.3ds比较小，这里进行了强制缩放，若是其它模型，则可以屏蔽掉这两条语句
   Pos.z = Pos.z -30;

   Out.Pos = mul(Pos,view_proj_matrix);
   Out.pos = Pos.xyz * scale;
   Out.vVec = Pos - view_position;//视线方向 注意：是世界空间。
   Out.normal = normal;

   return Out;
}

 

 

float waveSpeed: register(c2); //水波速度  0.3
float noiseSpeed: register(c3);//躁声速度 0.26
float fadeBias: register(c4);//退化矫正 0.3
float fadeExp: register(c5); //退化幕 6.08
float time_0_X: register(c0);//时间
float4 waterColor: register(c1);//水面颜色
float4 scale: register(c6);//缩放， 其w分量存放着折射系数
sampler Noise: register(s0);//3D躁声图
sampler skyBox: register(s1);//CUBE MAP  天空盒
float4 main(float3 pos: TEXCOORD0, float3 normal: TEXCOORD1, float3 vVec: TEXCOORD2) : COLOR {

//这两条语句是对其进行偏移，使访问纹理坐标的时候，产生流动和扰动效果
   pos.x += waveSpeed  * time_0_X;
   pos.z += noiseSpeed * time_0_X;

   float4 noisy = tex3D(Noise, pos); //对躁声纹理进行采样

   // Signed noise
   float3 bump = 2 * noisy - 1; //由于采样同来的躁声纹理每个分量的值是 [0,1] 对此将其规范化到[-1.0,1.0]
   bump.xy *= 0.15;//缩放一定值。
   // Make sure the normal always points upwards

///法向量矫正，使其永远向上。注：在这里，XY与Ocean平面平行，Z为向上
   bump.z = 0.8 * abs(bump.z) + 0.2;
   // Offset the surface normal with the bump

//偏移法向量
   bump = normalize(normal + bump);

   // Find the reflection vector

//计算反射和折射
   float3 reflVec = reflect(vVec, bump);
   float3 refrac = refract(normalize(vVec),normalize(bump),scale.w);

//根据反射和折射方向访问CUBE MAP

   float4 refl = texCUBE(skyBox, reflVec.yzx);
   float4 wa = texCUBE(skyBox, refrac.yzx);
   wa = wa*0.5+waterColor*0.5;

//下面是fresnel效果计算，就是用于计算折射和反射图之间的插值因子的。详情请仔细GOOGLE

  //这就是上面那个老兄的Ratio = f + (1 - f) (1 - InVec • norm)fresnelPower 公式

//图１中，n1 = 1.0    n2 = 1.3
   float f = 0.0170132325;
   float lrp =f+(1-f)*(1 - dot(-normalize(vVec), bump));
   // Interpolate between the water color and reflection
   return lerp(wa, refl, saturate(fadeBias + pow(lrp, fadeExp)));
} 

图１

 

 

本文并未解释任何事情，仅是将上面那个链接指向的文章内容翻版为水面实现。此实现仅作为探索目的，无任何实用价值（除非你只想演示水）。

 

若要用此方案作实时的水面渲染，则需要将场景渲染到一个CUBEMAP上（就算你降到CUBEMAP每秒更新２次，代价也是比较大的，并且不能保证实时感）。

 

而其中的扰动纹理，以及所给的相关因子均需要手动调整到一个合适的值。