文章目录
- 前言
- 一、原理
- 二、实现水面反射
- 1、定义和申明CubeMap
- 2、反射向量需要什么
- 3、计算 N ⃗ \vec{N} N
- 4、计算 V ⃗ \vec{V} V
- 5、计算反射向量 R ⃗ \vec{R} R
- 6、对CubeMap进行纹理采样
- 7、模拟出菲涅尔效果（近处反射弱，远处反射强）
- 8、环境反射效果 与 高光反射效果 相乘，得到只有在高光处反射环境的效果
- 9、用该效果与上篇文章的结果相加得出最终效果
- 三、最终代码
前言
在上篇文章中，我们实现了水体的高光反射效果。
- Unity中URP下实现水体（水面高光）
在这篇文章中，我们来实现水体的反射效果。
一、原理
以下两个方法，对反射纹理采样时，都是使用顶点的反射向量进行采样的。
1、法一：使用立方体纹理 CubeMap，作为反射纹理使用
- Unity中Shader立方体纹理Cubemap
2、法二：使用反射探针生成环境反射图，所谓反射的采样纹理
- Unity中Shader反射环境
二、实现水面反射
1、定义和申明CubeMap
- 在属性面板定义一个 Cube 传入反射纹理
- 在Pass中，申明纹理和采样器（注意：反射纹理为 TEXTURECUBE 类型）
- 我使用的CubeMap如下
2、反射向量需要什么
3、计算 N ⃗ \vec{N} N
得到世界空间下的 法线坐标 和 法线纹理 线性过渡的效果
- 在顶点着色器中，转化得到世界空间下的法线坐标
- 在属性面板传入，需要使用的法线纹理
- 定义、申明控制过渡的值
- 得到线性过渡的法线信息
4、计算 V ⃗ \vec{V} V
5、计算反射向量 R ⃗ \vec{R} R
6、对CubeMap进行纹理采样
注意：
- 使用的采样方式为SAMPLE_TEXTURECUBE
- 采样UV为：反射向量
7、模拟出菲涅尔效果（近处反射弱，远处反射强）
- fresnel = 1 - dot(N,V)
- 用 fresmel 和 reflectionTex 相乘得出拟真的反射效果
8、环境反射效果 与 高光反射效果 相乘，得到只有在高光处反射环境的效果
9、用该效果与上篇文章的结果相加得出最终效果
三、最终代码
//水的深度
Shader "MyShader/URP/P4_8"
{
Properties
{
[Header(Base)]
_WaterColor1("WaterColor1",Color) = (1,1,1,1)
_WaterColor2("WaterColor2",Color) = (1,1,1,1)
[PowerSlider(3)]_WaterSpeed("WaterSpeed",Range(0,1)) = 0.1
[Header(Foam)]
_FoamTex("FoamTex",2D) = "white"{}
_FoamColor("FoamColor",Color) = (1,1,1,1)
_FoamRange("FoamRange",Range(0,5)) = 1
_FoamNoise("FoamNoise",Range(0,3)) = 1
[Header(Distort)]
_NormalTex("NormalTex",2D) = "white"{}
[PowerSlider(3)]_Distort("Distort",Range(0,0.3)) = 0
[Header(Specular)]
_SpecularColor("Specular Color",Color) = (1,1,1,1)
[PowerSlider(3)]_SpecularIntensity("Specular Intensity",Range(0,1)) = 0.6
_Smoothness("Smoothness",Range(0,10)) = 10
[Header(Reflection)]
_ReflectionTex("ReflectionTex",Cube) = "white"{}
[PowerSlider(3)]_NormalIntensity("NormalIntensity",Range(0,1)) = 0.5
}
SubShader
{
Tags
{
//告诉引擎，该Shader只用于 URP 渲染管线
"RenderPipeline"="UniversalPipeline"
//渲染类型
"RenderType"="Transparent"
//渲染队列
"Queue"="Transparent"
}
//Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha
ZWrite Off
Pass
{
HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
// Pragmas
#pragma target 2.0
// Includes
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Input.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
half4 _WaterColor1;
half4 _WaterColor2;
half _WaterSpeed;
half4 _FoamColor;
half _FoamRange;
half _FoamNoise;
half4 _FoamTex_ST;
half _Distort;
half4 _NormalTex_ST;
half4 _SpecularColor;
half _SpecularIntensity;
half _Smoothness;
half _NormalIntensity;
CBUFFER_END
TEXTURE2D(_CameraDepthTexture);SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);
TEXTURE2D(_FoamTex);SAMPLER(sampler_FoamTex);
TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture);SAMPLER(sampler_CameraOpaqueTexture);
TEXTURE2D(_NormalTex);SAMPLER(sampler_NormalTex);
TEXTURECUBE(_ReflectionTex);SAMPLER(sampler_ReflectionTex);
//struct appdata
//顶点着色器的输入
struct Attributes
{
float3 positionOS : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
half3 normalOS : NORMAL;
};
//struct v2f
//片元着色器的输入
struct Varyings
{
float4 positionCS : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;//foamUV
float4 screenPos : TEXCOORD1;
float3 positionVS : TEXCOORD2;
float3 positionWS : TEXCOORD3;
float3 normalWS : TEXCOORD4;
float4 normalUV : TEXCOORD5;
};
//v2f vert(Attributes v)
//顶点着色器
Varyings vert(Attributes v)
{
Varyings o = (Varyings)0;
o.positionWS = TransformObjectToWorld(v.positionOS);
o.positionVS = TransformWorldToView(o.positionWS);
o.positionCS = TransformWViewToHClip(o.positionVS);
o.screenPos = ComputeScreenPos(o.positionCS);
//计算得到泡沫纹理采样需要的顶点世界空间下的坐标值的流动效果
o.uv += o.positionWS.xz *_FoamTex_ST.xy + _Time.y * _WaterSpeed;
//计算得到水下扭曲纹理的流动UV
o.normalUV.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv,_NormalTex) + _Time.y * _WaterSpeed;
o.normalUV.zw = TRANSFORM_TEX(v.uv,_NormalTex) + _Time.y * _WaterSpeed * half2(-1.1,1.3);
o.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS);
return o;
}
//fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET
//片元着色器
half4 frag(Varyings i) : SV_TARGET
{
//1、水的深度
//获取屏幕空间下的 UV 坐标
float2 screenUV = i.positionCS.xy / _ScreenParams.xy;
half depthTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture,sampler_CameraDepthTexture,screenUV).x;
//深度图转化到观察空间下
float depthScene = LinearEyeDepth(depthTex,_ZBufferParams);
//获取水面模型顶点在观察空间下的Z值（可以在顶点着色器中，对其直接进行转化得到顶点观察空间下的坐标）
float4 depthWater = depthScene + i.positionVS.z;
//2、水的颜色，线性插值得到水 和 接触物体的水的 颜色的过度
half4 waterColor = lerp(_WaterColor1,_WaterColor2,depthWater);
//3、水面泡沫
//对泡沫纹理进行采样(这里使用顶点世界空间下的坐标进行纹理采样，防止水体缩放影响泡沫的平铺和重复方式)
half4 foamTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_FoamTex,sampler_FoamTex,i.uv.xy);
foamTex = pow(abs(foamTex),_FoamNoise);
//这里增加一个调整深度图范围的功能
half4 foamRange = depthWater * _FoamRange;
//使用泡沫纹理 和 泡沫范围 比较得到泡沫遮罩
half4 foamMask = step(foamRange,foamTex);
//给泡沫加上颜色
half4 foamColor = foamMask * _FoamColor;
//4、水下的扭曲
half4 normalTex1 = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalTex,sampler_NormalTex,i.normalUV.xy);
half4 normalTex2 = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalTex,sampler_NormalTex,i.normalUV.zw);
half4 normalTex = normalTex1 * normalTex2;
float2 distortUV = lerp(screenUV,normalTex.xy,_Distort);
half4 cameraOpaqueTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture,sampler_CameraOpaqueTexture,distortUV);
//5、水的高光
//Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)), Shininess)
Light light = GetMainLight();
half3 L = light.direction;
half3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.positionWS.xyz);
//修改法线实现，波光粼粼的效果
half4 N = lerp(half4(i.normalWS,1),normalize(normalTex),_NormalIntensity);
half3 H = normalize(L + V);
half4 specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(N.xyz,H)),_Smoothness);
//水的反射
half3 reflectionUV = reflect(-V,N.xyz);
half4 reflectionTex = SAMPLE_TEXTURECUBE(_ReflectionTex,sampler_ReflectionTex,reflectionUV);
half fresnel = 1 - saturate(dot(i.normalWS,V));
half4 reflection = reflectionTex * fresnel;
//水的焦散
half4 col = (foamColor + waterColor) * cameraOpaqueTex + (specular * reflection);
return col;
}
ENDHLSL
}
}
FallBack "Hidden/Shader Graph/FallbackError"
}
