unity3d 制造自己的水体water effect（二）

前篇：unity3d 制造自己的水体water effect（一）

曲面细分：Unity3d 使用DX11的曲面细分

PBR：

讲求基本算法

Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之specular BRDF

plus篇

Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之实现
最终篇

Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之最终篇

之前一直在用unity4.6写shader，终于下定决心换unity5，然后发现，unity5的渲染比4强太多，
这次完成之前2月份自制拖着没解决的normal问题，算出normal真的很简单。
本次水体分别使用两种波动算法，一个是ShaderX6 中Szecsi 和 Arman的算法，另一个是Gpu gems1里的Gerstner波算法。然后再用PBR渲染。然后还是曲面细分。
这次的效果：

Szecsi & Arman波动算法

首先来看ShaderX6 中的波动算法：
求波动速度，λ为波长，波长就是波峰到波峰之间的距离，速度v为每秒钟波峰移动的距离。
    
然后是相函数，k为波动方向，运动方向，垂直于波阵面的水平方向，p为position，t为时间（_Time.y）
 
求得一个波的位移S，a为振幅，振幅就是从水平面到波峰的高度。
 

最终我们的水是多个波组合在一起的，所以最终结果为：

博主整共合了4个波

关键代码如下：

                               vv = sqrt(_G * _Lambda / (2 * _PIE));
				psi = 2 * _PIE / _Lambda *(dot(v.vertex.xyz, _K.xyz) + vv*_Time.y);
				s = lerp(-cos(psi), sin(psi), _A)*0.05;
				p.y += s;
				vv = sqrt(_G * _Lambda2 / (2 * _PIE));
				psi = 2 * _PIE / _Lambda2 *(dot(v.vertex.xyz, _K2.xyz) + vv*_Time.y);
				s = lerp(-cos(psi), sin(psi), _A2)*0.05;

				p.y += s;

				vv = sqrt(_G * _Lambda3 / (2 * _PIE));
				psi = 2 * _PIE / _Lambda3 *(dot(v.vertex.xyz, _K3.xyz) + vv*_Time.y);
				s = lerp(-cos(psi), sin(psi), _A3)*0.1;

				p.y += s;

				vv = sqrt(_G * _Lambda4 / (2 * _PIE));
				psi = 2 * _PIE / _Lambda4 *(dot(v.vertex.xyz, _K4.xyz) + vv*_Time.y);
				s = lerp(-cos(psi), sin(psi), _A4)*0.1;

				p.y += s;

				v.vertex.xyz = p.xyz;</span>

产生了波动效果：

加上之前的pbr，可以模拟各种液体

牛奶

血，等等

但是由于曲面细分，离近了看水面上还是有小面的细节，这点有待解决。

Gerstner波

然后Gerstner波

关键代码如下：

  float wave(float x, float z, float timer)
    {
        float y = 0;
        float oct = _OCT;
        float fac = _FAC;
        float d = sqrt(x * x + z * z);// length(float2(x, z));
        for (oct; oct>0; oct--)
        {
            y -= fac * cos(timer * _SP + (1 / fac) * x * z * _WS);
            fac /= 2;  

        }
        return 2 * _VS * d * y;  

    }  </span>

曲面细分带来的小面不是很明显，而且面不用分得很细就能看到平滑的效果

normal的生成

最后我们讲讲normal的生成，
Normal的生成有复杂的和简单的，但本质上都是求偏导。
先看复杂的，来自GPU Gems1的42章
首先求出Jacobian
 

举个例子（直接截图了^ _ ^）：
 
 
是不是很麻烦。。

法线本质上的求法就是这样的，但是，我们有函数：ddx,ddy这两个神器
我们只需要求出世界坐标点，worldpos
就可以简单地求出法线：
N = cross（ddx（worldpos），ddy（worldpos））
方法很简单，不过别忘记，本质上还是上面的一大串。。。
切记：ddx,ddy只能在fragment shader中使用。

只有漫反射的水体如下：

         --------   by wolf96 、