参考
may佬《技术美术百人计划》

Flowmap的实现

Flowmap的定义

flowmap实质上是一张记录了2D向量信息的纹理，使用颜色（通常为RG通道）记录该处向量场的方向，让模型上某一点表现出定量流动的特征，通过在shader中偏移UV再对纹理进行采样来模拟流动效果

前置了解：UV映射

UV坐标用于查找纹理的颜色值，使用（R，G）颜色通道表示坐标，黑色(0,0），绿色(0,1)，红色(1,0），黄色(1,1）
UV贴图上颜色相同的地方意味着纹理采样的时候使用了同一位置
Flowmap通过上边携带的向量场信息对UV进行了偏移，进而干扰纹理采样的过程，形成扭曲的效果
需要注意，不同的软件uv坐标可能不同，如ue中反转了绿通道（OpenGL和DirectX原点坐标差异）

flowmap的作用

flowmap更接近uv动画而非顶点动画，没有对顶点进行操作，是一种廉价而高效的实现流动效果的方法

不只是水面，flowmap可以用在任何流动的效果上，包括流动的天空球

图为战神中flowmap在天空球中的应用，通过交替出现的云朵可以看出flowmap的典型特征：周期性变化

Flowmap shader

实现思路

采样Flow map获取向量场信息
用向量场信息，使采样贴图的UV随时间变化
对同一贴图以半个周期的相位差采集两次并线性插值，使贴图流动连续

flowmap流动

最简单的随时间偏移的方法：uv - time

为什么不是加？
在uv+(time,0)的情况下，随着时间增加会采样到更远的像素，在视觉上表现为更远距离的像素偏移向该点，与直观感受到的运算法则相反

UV值遵循向量的运算法则，UV偏移时，改变的不是顶点的位置

从Flowmap获取需要的流动方向，再乘上time，就可以让某个点根据flowmap进行流动

使用flow map之前需要将色值0 ~ 1的范围映射到方向向量的范围 -1 ~ 1

//从flowmap获取流向
float3 flowDir = tex2D(_FlowMap,i.uv) * 2.0 - 1.0;

随着时间进行，采样的变形会越来越夸张，因此需要通过frac函数把偏移范围控制在[0,1]之内

float phase = frac(_Time);

这个时候时间到达最大值之后会跳变至0，为了解决这个问题需要构造两层相差半个周期的采样

float phase0 = frac(_Time * 0.1 * _TimeSpeed);
float phase1 = frac(_Time * 0.1 * _TimeSpeed + 0.5);

用相位差半个周期的两层采样进行加权混合，使纹理流动一个周期重新开始时的不自然情况被另一层采样覆盖

//平铺贴图用的uv
float2 tiling_uv = i.uv * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;//用波形函数周期化向量场方向，用偏移后的uv对材质进行偏移采样
half3 tex0 = tex2D(_MainTex,tiling_uv - flowDir.xy * phase0);
half3 tex1 = tex2D(_MainTex,tiling_uv - flowDir.xy * phase1);//构造函数计算随波形函数变化的权值，使得MainTex采样值在接近最大偏移时权值为0，并因此消隐，构造较平滑的循环
float flowLerp = abs((0.5 - phase0)/0.5);
half3 finalColor = lerp(tex0,tex1,flowLerp);

flowmap修改法线贴图

Flowmap的制作

Flowmap painter

一个可以直接通过笔刷来制作flowmap的简单工具

可以导入纹理预览使用flowmap之后的效果，也可以直接预览flowmap和向量场方向
使用flowmap painter导出的图片本身就在线性空间，导入unity时需要取消勾选sRGB
导入flowmap贴图时需要选择无压缩或高质量，否则贴图变形之后会出现方块

Houdini Labs

安装

Houdini Labs是内置在houdini中的一组游戏开发相关的节点，可以在github中搜索sidefx Labs或着直接在houdini中安装得到

在较早版本的houdini中无法在shelf内找到该工具，只能通过github下载；在这些未被内置到houdini的版本中，这组工具的名称为gamedev

在顶部工具栏中找到sideFX Labs
选择与Hondini对应的版本进行安装

安装完成后重启Hondini即可

节点介绍

首先创建grid节点

flowmap需要绘制顶点色，所以grid需要多一些细分

和flowmap相关的节点一共有6个

节点名称	功能
Labs Flowmap	为模型初始化一个向量场v
Labs Flowmap Brush	笔刷绘制修改向量场
Labs Flowmap Obstacle	根据障碍物修改向量场
Labs Guide Flowmap	根据样条线修改向量场
Labs Flowmap to Color	将向量转化为模型顶点色
Labs Flowmap Visualize	可视化，内置flowmap shader

1. Labs Flowmap

Labs Flowmap的作用是初始化向量场，共三种模式

Normal 根据顶点法线生成初始v向量
Slope 计算梯度生成初始v向量
Direction 将所有v向量设为固定方向

2. Labs Flowmap Brush

像梳毛发一样使用笔刷来改变法线的方向

Comb Lift 用于调整笔刷模式：0为正常绘制，1为擦除，-1为反向
可进行的操作会显示在视窗最下方

3. Labs Guide Flowmap

两个输入端，一端输入向量场，一端输入设置流向的曲线（可通过draw curve节点绘制曲线）

可用于设定初始流向，再使用笔刷进行细节处理
strength：用于控制混合，0时使用原有的向量场，1使用曲线的切线方向
effect width : 控制影响范围
falloff : 全局影响(在effect width较小时)
guide sample count : 修改输入曲线的分段数

4. Labs Flowmap Obstacle

两个输入端，一端输入向量场，一端输入用于碰撞检测的模型

Strength决定flowmap受影响的程度
Division Size和Dilate Volume用于控制VDB（体素）,分别用于体素的细分程度和整体体积
- Division size不宜过小，一是因为该VDB是空心的，可能会形成壳体，二是细分过多会导致占用大量资源
Blur strength用于平滑，避免局部不自然

5. Labs Flowmap to Color

将向量场信息转化为顶点色

这个节点会检测模型是否有UV，如果没有将赋予模型UV

6.Labs Flowmap Visualize

flowmap可视化，用于观察生成的flowmap效果

导出flowmap：Labs Map Baker

输出顶点色，注意调整Gamma值

免费版的Hondini导出后会有巨大的水印…

作业

使用flowmap制作的简单的层云流动的效果

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