Unity Shader - 实现简单水体 - 浅水到深水颜色控制

简单的模拟水的效果（3A游戏效果请绕开哦）

效果：

制作步骤

• 准备好水体网格（网格脚本生成的，参考：Unity Shader - Noise 噪点图 - 实现简单山脉）
• 扰动水体网格顶点（参考：Unity Shader - 使用Noise噪点图生成简单山脉（使用tex2Dlod控制顶点高度））
• 添加水体网格色调，纹理
• 放置海上放哨点（一些随便放的立方体）
• 添加水的深浅透视效果
• 添加水光效
• 重构水顶点法线（参考：Unity Shader - 简单山脉 - 顶点着色器重构法线）

准备好水体网格

网格脚本生成的，参考：Unity Shader - Noise 噪点图 - 实现简单山脉

扰动水体网格

参考：Unity Shader - 使用Noise噪点图生成简单山脉（使用tex2Dlod控制顶点高度）

我使用了：大波浪与小波浪的叠加

                float centerH = sin(_Time.y * _BigWaveLen + v.uv.x + v.uv.y) * _BigWaveAmplitude;
                centerH += tex2Dlod(_MainTex, float4(v.uv + float2(_Time.x * _SmallWaveSpeedX, _Time.x * _SmallWaveSpeedY), 0, 0)).r * _SmallWaveAmplitude;
                v.vertex.y = centerH;

添加水体网格色调，纹理

着了个色调，并对uv滚动动画

                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv + float2(_Time.y * _BigWaveLen * _UVSpeed, 0));
                col.rgb *= _MainColor.rgb;

放置海上放哨点（一些随便放的立方体）

添加水的深浅透视效果

这个参考了unity内置的shader中，处理软粒子的思路：。

• 获取深度纹理的view space的buffViewZ。
• 获取当前片段的view space的fragViewZ。
• 将delta = buffViewZ - fragViewZ的深度插值，来控制水体的alpha透视，或lerp的颜色过渡。
• 还可以使用我们下面实现代码中的fade来控制浅水到深度的效果，我这里就控制海水原来的颜色(combined.rgb + _ShallowColor.rgb * (_ShallowColor.a * 2))到浅水着色变量的颜色来过渡(combined.rgb)。 combined.rgb = lerp(combined.rgb + _ShallowColor.rgb * (_ShallowColor.a * 2), combined.rgb, fade); 如果需要你可以创建一个用个纹理：_ShallowToDeepTex的纹理然后：

var shallowToDeepCol = tex2D(_ShallowToDeepTex, i.uv);
combined.rgb = lerp(combined.rgb + shallowToDeepCol.rgb * (shallowToDeepCol.a * 2), combined.rgb, fade);

下面是参考的：unity内置的shader软粒子代码：

// Soft particles fragment function
#if defined(SOFTPARTICLES_ON) && defined(_FADING_ON)
#define fragSoftParticles(i) \
    if (SOFT_PARTICLE_NEAR_FADE > 0.0 || SOFT_PARTICLE_INV_FADE_DISTANCE > 0.0) \
    { \
        float sceneZ = LinearEyeDepth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projectedPosition))); \
        float fade = saturate (SOFT_PARTICLE_INV_FADE_DISTANCE * ((sceneZ - SOFT_PARTICLE_NEAR_FADE) - i.projectedPosition.z)); \
        ALBEDO_MUL *= fade; \
    }
#else
#define fragSoftParticles(i)
#endif

参考我手绘的一张图：

下面我们的实现代码

				// vert
                #if DEEP_EFF
                o.projPos = ComputeScreenPos (o.pos);
                COMPUTE_EYEDEPTH(o.projPos.z);
                #endif

				// frag
                #if DEEP_EFF    // 水深效果
                // 深度效果
                // 这里参考unity内置的shader中，实现软例子：Soft particle的写法
                // 与背景深度远时，alpha比较高，里的近则alha低
                // 先是获取深度图的view space下的z值： buffViewZ
                float buffViewZ = LinearEyeD、epth (SAMPLE_DEPTH_TEXTURE_PROJ(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.projPos)));
                // 再是获取片段的view space的z值：fragViewZ
                float fragViewZ = i.projPos.z;
                // 然后去他们之间的距离值做alpha的控制，与颜色lerp的变化
                float fade = saturate ((buffViewZ-fragViewZ) * _DeepFactor);
                combined.rgb = lerp(combined.rgb + _ShallowColor.rgb * (_ShallowColor.a * 2), combined.rgb, fade);
                combined.a *= fade;
                #endif

材质中暴露了一个DeepFactor参数，可以用于控制水深的系数。如下：

也暴露了一个浅水的颜色色调着色：

添加水光效

这个就是传统的经验光照模型：ambient + diffuse(HalfLambert) + specular(blinn phong)

				// frag
                #if LIGHTING_ON // 光照效果
                // ambient
                fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;
                // diffuse
                half3 L = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                half3 N = normalize(i.normal);
                half LdotN = dot(L, N) * 0.5 + 0.5;
                fixed3 diffuse = col.rgb * LdotN;
                // specular
                half3 specular = 0;
                half3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.wPos);
                half3 H = normalize(L + V);
                half HdotN = max(0, dot(H, N)); // blinn-phone
                specular = _LightColor0.rgb * pow(HdotN, _SpecularGlossy * 100) * _SpecularIntensity;
                // combined color
                fixed4 combined = fixed4(ambient + diffuse + specular, col.a);
                #else // LIGHTING_OFF
                fixed4 combined = col;
                #endif

重构水顶点法线

参考：Unity Shader - 简单山脉 - 顶点着色器重构法线，这里不说了，参考的文章说得很清楚的。

                #if REBUILD_NORMAL // 重构法线，参考：https://blog.csdn.net/linjf520/article/details/104859710

                // reconstruct normals
                // 这个4x4数据也可以通过外部传入，可以节省顶点着色器ALU的计算量与L1 caches缓存量。
                const float4x4 offset_xz = {
                    {+1,+0, /* gap **/ +1,-1},  // 右下
                    {+0,-1, /* gap **/ -1,-1},  // 左下
                    {-1,+0, /* gap **/ -1,+1},  // 左上
                    {+0,+1, /* gap **/ +1,+1}   // 右上
                };
                // 默认向量也可以外部传入，因为上面的默认法线是可以调整的
                // 下面我讲默认法线初始化为：up
                float3 sumNormal = float3(0, 1, 0);
                float4 uv4 = 0;
                for (int i = 0; i