【Unity3D】水波特效

1 水波特效原理

水波特效属于 Unity3D 后处理特效，其原理是：对渲染后的纹理进行局部挤压和拉升变换，即对局部 uv 坐标进行周期性的偏移运动，实现波纹效果。

1）波形方程

为简化水波模型，我们假设水波以机械波（正弦或余弦）传播，并且 0 时刻的水面波形函数为：

$offset=A\cdot sin(w_1\cdot r)$

其中，r 是质点距离水波中心的半径长度，w1 是波形角频率（值越大，波纹越密），A 是质点水平振动的振幅，offset 是质点的水平偏移量。

2）振动方程

t 时刻，半径为 r 的质点水平偏移量为：

$offset=A\cdot sin(w_1\cdot r+w_2\cdot t)$

其中，w2 是质点水平振动的角频率（值越大，质点振动越快）。

2 代码实现

WaterWaveEffect.cs

using UnityEngine;[RequireComponent(typeof(Camera))]  // 屏幕后处理特效一般都需要绑定在像机上
public class WaterWaveEffect : MonoBehaviour {public float A = 0.01f; // 水面质点水平波动振幅public float w1 = 60; // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)public float w2 = 30; // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)public float waveWidth = 0.3f; // 水波宽度(水波在扩散时, 后波会消失)public float waveSpeed = 0.3f; // 水波传播的速度private float waveTime; // 水波传播时间private Vector4 waveCenter; // 水波中心private Material waveMaterial; // 水波材质private bool enabledWave = false; // 水波开关private void Awake() {waveMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/WaterWave"));waveMaterial.hideFlags = HideFlags.DontSave;}private void Update() {if (Input.GetMouseButton(0)) {waveCenter = new Vector2(Input.mousePosition.x / Screen.width, Input.mousePosition.y / Screen.height); // 屏幕坐标归一化enabledWave = true;waveTime = 0;}}void OnRenderImage (RenderTexture source, RenderTexture destination) {if (enabledWave) {SetWaveMaterialParams();Graphics.Blit (source, destination, waveMaterial);waveTime += Time.deltaTime;if (waveTime > 2 / waveSpeed) { // 水波传播到屏幕外面, 结束水波特效enabledWave = false;}} else {Graphics.Blit (source, destination);}}private void SetWaveMaterialParams() { // 设置水波材质参数waveMaterial.SetFloat("_A", A); // 水面质点水平波动振幅waveMaterial.SetFloat("_w1", w1); // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)waveMaterial.SetFloat("_w2", w2); // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)waveMaterial.SetFloat("_t", waveTime); // 水波传播时间waveMaterial.SetVector("_o", waveCenter); // 水波中心waveMaterial.SetFloat("_waveDist", waveTime * waveSpeed); // 水波传播距离waveMaterial.SetFloat("_waveWidth", waveWidth); // 水波宽度(水波在传播时, 后波会消失)}
}

说明：WaterWaveEffect 脚本组件需要挂在相机下。

WaveShader.shader

Shader "Custom/WaterWave"
{Properties {_MainTex ("mainTex", 2D) = "white" {}}SubShader {Pass{ZTest AlwaysCull OffZWrite OffFog { Mode off }CGPROGRAM#pragma vertex vert_img // UnityCG.cginc中定义了vert_img方法, 对vertex和texcoord进行了处理, 输出v2f_img中的pos和uv#pragma fragment frag#pragma fragmentoption ARB_precision_hint_fastest#include "UnityCG.cginc"sampler2D _MainTex;float _A; // 水面质点水平波动振幅float _w1; // 水波截面波形角频率(值越大, 波纹越密)float _w2; // 水面质点水平波动角频率(值越大, 水波质点振动越快)float _t; // 水波传播时间float2 _o; // 水波中心坐标float _waveDist; // 水波传播距离float _waveWidth; // 水波宽度(水波在传播时, 后波会消失)fixed4 frag(v2f_img i) : SV_Target // 水波uv坐标的计算不能在顶点着色器中进行, 因为屏后处理的顶点只有屏幕的4个角顶点{float2 vec = i.uv - _o.xy;vec.x *= _ScreenParams.x / _ScreenParams.y; // 按照屏幕长宽比进行缩放float radius = length(vec); // 距离波中心的半径长度float leng = abs(radius - _waveDist);float offset = 0;if (leng < _waveWidth){offset = _A * sin(_w1 * radius - _w2 * _t) * (1 - leng / _waveWidth);}return tex2D(_MainTex, i.uv + offset * 0.707); // offset是一维的, uv是二维的, 需要除以根号2, 即乘以0.707}ENDCG}}Fallback off
}

3 运行效果

点击屏幕任意位置，出现水波如下，注意观察地面和天空交界的直线，可以明显看到正弦波形。

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