這篇文章主要介紹“Unity3D中的水特現(xiàn)模擬雨天”，在日常操作中，相信很多人在Unity3D中的水特現(xiàn)模擬雨天問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Unity3D中的水特現(xiàn)模擬雨天”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！
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在寫實(shí)類游戲制作時，常需要下雨場景的制作，由于日常生活中幾乎所有物體都會被淋濕，所以下雨的制作其實(shí)需要考慮的方面有很多，我們將從粒子，材質(zhì)，腳本控制等方面，分析一下應(yīng)該如何渲染一個下雨的場景。
材質(zhì)高光：
Unity的Standard Lighting中，使用GGX作為BRDF的高光算法，GGX具有拖尾感，可以較好的模擬潮濕物體表面的反光效果，首先我們來看一下這張故宮下雨時的照片（圖侵刪）：
在普通游客的眼里，地面變得“濕滑”了，然而在渲染工程師的眼里，我們應(yīng)該將這個“濕滑”的效果在PBR中分成四部分：Smoothness的提高，Specular Color的變亮以及GI Occlusion的降低和法線貼圖比重的降低。首先，提高Smoothness是毫無疑問的，要讓物體表面光滑首先要降低粗糙度，但是僅僅降低粗糙度是不行的，水停留在物體表面，這時反射光線的是水而不是物體本身，因此物體本身的漫反射會被降低，因此被淋水的物體看起來顏色會變深，根據(jù)物理反射定律，物體本身色彩無變化，即光線反射比例無變化的情況下，高光程度應(yīng)提高，所以會表現(xiàn)出高光率提高的現(xiàn)象。同樣，因?yàn)榉e水在物體表面的停留，物體受環(huán)境光影響會增大，這時我們應(yīng)該適當(dāng)降低Occlusion Map的影響，并降低法線貼圖的偏移強(qiáng)度，這些在Unity的Standard Shader中都有提供，不需要手動寫Shader，當(dāng)然，如果要處理一個大場景，希望通過全局變量控制，還是應(yīng)該手寫shader進(jìn)行精確優(yōu)化的，因此，希望讀者能夠不依賴Shader Forge, Unity Surface Shader等輔助功能，獨(dú)立編寫基于PBR Shader。至于反射圖像的處理，我們一般通過Reflection Probe, Screen Space Reflection & Planar Reflection等方法實(shí)現(xiàn)，這并不在本文討論的范圍內(nèi)，我們將會在本專欄的其他文章中詳細(xì)討論。
接下來就是雨水的制作了，雨水本身的粒子效果制作雖然屬于比較初級的粒子制作，甚至Assets Store上也有大量的資源，但是對美術(shù)制作能力有比較高的要求。如果像我一樣，美術(shù)功底奇差無比，完全可以直接買一個效果實(shí)現(xiàn)#手動斜眼#，然后在粒子發(fā)射器上綁定一個腳本，使其始終在攝像機(jī)上方懸停，可以看到在示例中，我們使用粒子碰撞防止穿幫：
在攝像機(jī)第一視角效果如下：
到此，一個簡單的雨水渲染就出來了，然而，整個畫面看起來僵硬死板，這是因?yàn)槲覀儧]有表現(xiàn)出雨滴打在地上的效果，因此，我們需要模擬一個動態(tài)的法線貼圖，讓地面的法線“動起來”，解決的方法有許多，最簡單的方法就是序列幀，在CG軟件（如Houdini，Substance Painter等）中制作序列幀并且渲染，然后在Unity中播放，這當(dāng)然是一種比較簡單的方法，但是同樣也無法實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時與隨機(jī)，我們這里則是使用Unity自帶的CommandBuffer進(jìn)行比較底層的圖形繪制，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的雨點(diǎn)特效。
學(xué)習(xí)過渲染管線基礎(chǔ)的朋友都知道，Unity的攝像機(jī)其實(shí)并不是繪制RenderTexture的唯一方法，它只是封裝的比較上層的方法，其實(shí)攝像機(jī)的工作流程就是（剔除->繪制網(wǎng)格->后處理）這三部分，無論是Forward path或是Deferred Shading path，亦或是Unity 2018最新提供的HDRP和LWRP，本質(zhì)上都是這三部，區(qū)別僅僅在于，deferred shading會將光照作為后處理運(yùn)算，而forward path會直接將燈光信息傳入shader中進(jìn)行光影運(yùn)算并直接輸出色彩，而我們這里并不需要動態(tài)剔除，只需要使用command buffer在一個指定的Render Target上進(jìn)行GPU Instance，使用指定的材質(zhì)繪制大量面片即可。有朋友問我為何不使用Unity 2017推出的CustomRenderTexture進(jìn)行繪制，我認(rèn)為，CustomRenderTexture只是給不會渲染底層的程序提供的一個上層封裝，實(shí)際功能不如使用Graphics類或CommandBuffer直接進(jìn)行繪制，后者雖然門檻較高但是功能更加強(qiáng)大，大概相當(dāng)于美圖秀秀和PhotoShop的關(guān)系（只是個人看法，別懟別懟）。
首先我們需要手動生成一個正方形Mesh，并將indexBuffer設(shè)置為四邊形繪制，實(shí)現(xiàn)非常簡單，代碼如下：
由于我們是直接往屏幕上繪制的，所以根本不需要考慮ViewProjectionMatrix的問題，直接用NDC坐標(biāo)(-1, 1)進(jìn)行繪制即可，如果直接將這個mesh繪制到RenderTarget上，就是一個覆蓋全屏的Mesh。
接下來我們要讓這個mesh縮小并且隨機(jī)分布在RenderTarget上，實(shí)現(xiàn)雨滴隨機(jī)散落的效果，這時候就需要使用矩陣進(jìn)行變換了，然而，雨滴數(shù)量眾多，在本例中我們繪制了1023個雨點(diǎn)，所以很難依靠CPU進(jìn)行迭代繪制，無論是計(jì)算還是Drawcall，消耗都是難以接受的。所以我們使用Compute Shader與Gpu Instance進(jìn)行繪制，大幅度提高運(yùn)算效率。
首先是Compute Shader，這里不贅述如何使用Compute Shader，只是提供Compute Shader的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與過程。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：生成1023個隨機(jī)分配位置的矩陣并執(zhí)行1023個計(jì)時器。為何要用計(jì)時器呢，原因很簡單，當(dāng)一個雨點(diǎn)散落到地上時，漣漪應(yīng)該是越來越淺直到消失的，在漣漪消失時更新位置信息，使面片在另一個位置繪制。實(shí)現(xiàn)代碼如下：
這里來解釋一下這段代碼的意義，MatrixBuffer是我們需要使用的1023個坐標(biāo)矩陣，而timeSliceBuffer則是我們需要使用的計(jì)時器，其中float2的x值是計(jì)時器數(shù)值而y值是計(jì)時器速度。_DeltaFlashSpeed則是由腳本傳入的每幀的更新，即Time.DeltaTime * X; 然后是兩個LocalRand函數(shù)，使用魔數(shù)運(yùn)算輸出一個偽隨機(jī)數(shù)。其中第一個函數(shù)會輸出一個(-1, 1)區(qū)間的float2隨機(jī)數(shù)，用于隨機(jī)生成一個平面位置，而第二個函數(shù)則會輸出一個(0, 1)區(qū)間的float隨機(jī)數(shù)，用于生成一個隨機(jī)的計(jì)時器速度。
下面的CSMain函數(shù)就比較簡單了，當(dāng)計(jì)時器數(shù)值>1時，歸0并重新生成隨機(jī)的速度與位置。根據(jù)線代基礎(chǔ)，矩陣的M03, M13決定了xy軸的位置，M00，M11則決定了xy軸的Scale，而這里為了偷懶，果斷省略了雨滴大小的隨機(jī)，直接用同樣大小的面片。
在ComputeShader中運(yùn)算完畢后，就可以在腳本里獲取計(jì)算的結(jié)果，并且使用運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行繪制了，當(dāng)然，在此之前我們需要先進(jìn)行初始化：
這里初始化了Compute Shader，Compute Buffer以及需要用到的GPU Instance材質(zhì)與高斯模糊材質(zhì)（之后會用到）。
接下來就是調(diào)用Compute Shader并使用CommandBuffer進(jìn)行繪制：
首先，指定renderTarget并初始化為(0.5,0.5,1)也就是標(biāo)準(zhǔn)的法線貼圖格式，然后使用Compute Shader輸出的矩陣進(jìn)行Gpu Instance，最后經(jīng)過高斯高斯模糊，使畫面順滑一些。
有了輸入的計(jì)時器與輸入的矩陣，就可以開始繪制波紋了，波紋繪制實(shí)際非常簡單，直接用Alpha Blend實(shí)現(xiàn)減弱效果，用三角函數(shù)實(shí)現(xiàn)波動即可，直接上代碼：
重慶分公司
重慶分公司
Shader "Unlit/Wave"
{
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
ZWrite Off
ZTest Always
Cull Off
Blend oneMinusSrcAlpha srcAlpha
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_instancing
#include "UnityCG.cginc"
#pragma target 5.0
#define MAXCOUNT 1023
StructuredBuffer timeSliceBuffer;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float4 uv : TEXCOORD0;
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};
struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float timeSlice : TEXCOORD0;
float2 uv : TEXCOORD1;
};
v2f vert(appdata v, uint instanceID : SV_InstanceID)
{
v2f o;
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
o.vertex = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
o.timeSlice = timeSliceBuffer[instanceID].x;
o.uv = v.uv;
return o;
}
#define PI 18.84955592153876
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
float4 c = 1;
float2 dir = i.uv - 0.5;
float len = length(dir);
bool ignore = len > 0.5;
dir /= max(len, 1e-5);
c.xy = (dir * sin(-i.timeSlice * PI + len * 20)) * 0.5 + 0.5;
c.a = ignore ? 1 : i.timeSlice;
return c;
}
ENDCG
}
}
}
shader非常簡單，只是繪制了一個大致效果，最后生成的法線貼圖效果如下：
可以看到，這張對密集恐患者非常友好的圖片，已經(jīng)有了深淺不一的漣漪花紋（雖然比較難看），我們將這張renderTarget放到地面上，效果如下：
可以看到，地面已經(jīng)有了法線的漣漪，最近放假回國探親，只能用家里的古董筆記本寫文章，不過從粒子到動圖繪制，在這臺古董上也只需要4ms左右的運(yùn)算時間，drawcall也因?yàn)間pu instance的原因并沒有額外增加，可以說性能表現(xiàn)比較令人滿意。
到此，關(guān)于“Unity3D中的水特現(xiàn)模擬雨天”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！
