博鱼体育开发经验 在Unity中实现水体动态效果

　　博鱼体育本文将由开发者Olivers Pavicevics分享如何在Unity中处理水效果的各种制作难题。

　　在本文中我们分享的是他正在开发的插件项目NordLake的一些经验感受。NordLake是针对VR进行优化的Unity水体系统，本文中视频中的内容，均是Unity中的效果，而非照片效果。

　　从2016年9月Olivers在Unity官方论坛进行公布后，受到很多开发者的期待，但是由于其个人精力有限，对效果精益求精，目前NordLake依旧是一个开发中的项目，并没有正式发布在Asset Store资源商店。

　　Olivers提供了一个旧版的NordLake资源包，提供免费测试使用，并且接受反馈，以对NordLake进行最后的修改。一些使用过的人员对此给予高度赞扬，表示：惊叹于NordLake展示的效果与美丽，让人就像站在一个平静的湖边。

　　在处理此类项目时，我将从实际难题开始着手。下面我将列出曾经遇到有关水系统相关问题：

　　几乎所有水系统都使用半透明着色器。但使用半透明着色器可能会带来和图像效果有关的严重问题，这意味着我们无法渲染阴影和基于深度的图像效果，例如：SSR（次表面散射），AO（环境遮蔽）或DOF（景深）。

　　较逼真的系统会使用一个或二个额外摄像机，并需要多次渲染场景，此处指没有水体，反射平面和折射视图的正常场景。对于VR而言，由于必须对场景渲染4～6次，这意味着会对性能产生很大影响，因为我们必须渲染立体视图。

　　现有的多数水系统都用于模拟大海的水体，但对于平静的水体却几乎没有效果逼真的解决方案。

　　在第一阶段中，我的重点不在动态水体，我主要考虑如何制作好着色器，使它既能在VR上高效工作，又适用于移动端系统。

　　水的参考效果来源于现实生活。我花了大量时间观察芬兰的一个湖泊，了解一天中不同时间段和不同天气下水面的效果。在湖边花的时间给我带来了创作灵感，让我开始制作NordLake项目，实现其它水系统所缺乏的效果。

　　我认为实现逼真感的关键并不在于完美的物理模拟效果，至少目前没有足够的CPU和GPU性能来实时计算所有可用的流体动态效果。

　　所以我尝试的是通过艺术角度处理问题，而不是依照复杂的物理计算公式。这种方法主要源于对现实世界的观察，并描绘现实世界的画面。区别在于：使用的不是油彩和画板，而是着色器。

　　处理这类表面的一个主要难题是，水表面可以从不同距离观察，这意味着它们应该在短距离和长距离都有一定可信度。

　　水的另一个问题在于，它不是完全清澈的博鱼体育。我们总会看到有东西漂浮在水中，例如植物，昆虫和鱼，它们让水产生波纹，这也是需要在水上实现的一个特点。

　　但是我无法使用简单的平铺纹理，所以我使用了水的深度信息，来实现水面的多个特性，该效果通过使用纹理数组来完成。纹理数组很强大，它能将大量纹理打包到一个纹理中，该纹理可以被着色器用作单个纹理。

　　在尝试实现交互式水体的不同方法后，我发现这些方法对最终用户来说效果有限且难以使用。当必须绘制大型表面时，流体贴图却难以制作，而且在工具中绘制流体贴图要求掌握熟练的功底和艺术技巧，过程非常繁琐。

　　于是我使用了最简单的方法：水的动态效果由简单的粒子生成。它能在不影响渲染性能的同时，轻松控制艺术效果。

　　我使用了要渲染到渲染纹理的粒子，以及特别着色器，从该深度纹理创建法线贴图。这样得到的波浪虽然不完全符合物理，但是看起来很真实。这种方法非常灵活，因为它允许使用粒子作为波浪的来源博鱼体育，并使用图像遮罩来遮挡部分不需要粒子的区域。

　　我没有使用粒子来渲染微小的起伏效果，起伏效果是通过水面着色器的代码实现的，它们基于深度纹理的输入来产生效果。这种方法大幅提升了性能，因为带有波浪信息的深度纹理会很小，而且着色器只需要渲染大型波浪。这些场景中的波浪只在合适距离进行渲染，通常在其周围50米的距离内。该距离足够用于FPS类型视图博鱼体育。

　　最后，为了实现波浪或波纹，用户只需要将粒子系统加入场景中想要出现波浪的位置即可博鱼体育。它可以在静态对象下，也可以附加到移动对象上，例如下图的鲨鱼。由于使用了Unity粒子，那些波浪还能由碰撞体反弹。

　　你可以将Nordlake水平面添加到包含地形，即Unity地形或网格的场景。

　　单击按钮生成材质，湖泊的所有必要贴图会在几秒内生成，你可以按喜好设置材质参数，包括水颜色，菲涅尔因子和流速。

　　对于逼真渲染效果来说，最重要的是使用后期处理效果。由于NordLake适用于屏幕空间反射效果，所以启用SSR很重要。但这不是必要条件，因为NordLake也可以使用反射探针。

　　还有一个必备效果是泛光，因为对所有反射表面来说，当我们观察反射亮光的水面时，泛光效果有助于模拟眼睛看到的实际效果。

　　较强的波浪会需要其它方法来实现，但该方法没有现在所使用方法的优化程度。强劲的波浪要使用顶点替换功能，这意味着我们必须使用曲面细分着色器。

　　但需要注意曲面细分着色器不是所有平台都可用，这并不表示实现方法很难博鱼体育，只是要处理一些其它方面的问题。例如较强波浪带有不同的属性，因为它们会产生泡沫和内部折射。

　　液体大概由50%的着色和50%的动态效果组成。不要低估这二个因素，如果着色达到60%，那么动态效果会变为40%。

　　简单来说，我会将所有液体作为粒子系统处理。在制作粒子系统前，必须考虑的一个问题是：我是让系统完全符合物理，还是让它看起来合理就行？

　　在我看来，人类无法区分准确符合物理的粒子流体和大致符合物理的运动效果。作为人类，我们善于感知自然的运动，因为我们每天都会看到这类运动，但我们通常看到的是宏观运动以及宏观的动态效果。

　　另一个“关注点”在于光线对该运动的表现行为。从这个角度看，对于微观运动，我们应该研究反射和光照的具体情况。手机摄像头是进行动态分析的好工具，它能捕捉60FPS以上帧率的画面。我喜欢使用视频捕捉，并将捕捉结果重叠在粒子系统上，以便得到符合现实世界的时间点和光照。

　　我做了一个测试，首先捕捉水表面的屏幕截图，只要其中一帧即可。然后观察那一帧画面，试着了解它是否可以使用。只有在我发现该画面符合照片效果时，才会开始处理水的运动效果。这可以与水结合，就像粒子一样，但问题在于，你必须找到合适的平衡，使视觉效果不会看起来太别扭。

　　在Unity中实现水体动态效果的经验分享就介绍到这里，更多Unity开发经验分享尽在Unity官方中文论坛。

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