Unity引擎制作下雨效果
大家好，我是阿赵。
之前介绍了Unity引擎里面通过UV偏移做序列帧动画的做法，这里再介绍一个进阶的用法，模拟地面下雨的雨点效果。
一、原理
最基本的原理，还是基于这个序列帧动画的做法。不过这里做一点改变。我不再用网格的UV作为计算的UV，而是通过worldPosition的xz轴去计算，并且，我加上了一个frac方法。
float2 uv = frac(i.worldPos.xz*_tiling);
uv = GetSequenceAnimUV(uv,_cols,_rows,_speed, _startFrame);这样做的好处是，UV不再依赖网格模型，可以平均的铺在地面上，而且地面可以无限延伸，特别适合做地面雨滴效果。
这样做的效果是这样的：
由于frac的效果是把数值只保留小数部分，所以之前的uv坐标，就被划分成很多个小的0-1之间的区域。于是UV序列帧动画，也变成了多个。
接下来要做的事情，就是把这张1-9的数字图片，换成一张雨点扩散的序列帧图片。由于如果是真的水面，固有色部分还需要做其他效果，所以这个雨点的序列图最好是法线贴图。
然后通过之前介绍过的法线贴图的用法，把序列帧动画的UV采样法线贴图，然后把法线的效果加强，就出现了雨点打地面的效果。
二、代码
于这里只是介绍雨点的效果，所以固有色我就不去认真做了，只是做了个固有色，然后雨点的法线效果是通过高光来表现的。组合了一下之前介绍过的光照模型的代码，还有序列帧动画的代码，就得到了这么一个shader代码了。
Shader "azhao/Rain"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_color("Color",Color) = (1,1,1,1)
_cols("Cols",int) = 1
_rows("Rows",int) = 1
_tiling("Tiling",int) = 1
_speed("Speed",float) = 25
_startFrame("startFrame",int) = 0
_NormalTex("Normal Tex", 2D) = "black"{}
_normalScale("normalScale", Range(0 , 1)) = 0
_specColor("SpecColor",Color) = (1,1,1,1)
_shininess("shininess", Range(1 , 100)) = 1
_specIntensity("specIntensity",Range(0,1)) = 1
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 100
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 normal:NORMAL;
float3 tangent:TANGENT;
};
struct v2f
{
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 worldPos:TEXCOORD1;
float3 worldNormal : TEXCOORD2;
float3 worldTangent :TEXCOORD3;
float3 worldBitangent : TEXCOORD4;
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
float4 _color;
float _cols;
float _rows;
float _tiling;
float _speed;
float _startFrame;
sampler2D _NormalTex;
float4 _NormalTex_ST;
float _normalScale;
float4 _specColor;
float _shininess;
float _specIntensity;
float _ambientIntensity;
float2 GetSequenceAnimUV(float2 uv,float cols,float rows,float speed,float startFrame)
{
float totalTiles = cols * rows;
float colsOffset = 1.0f / cols;
float rowsOffset = 1.0f / rows;
float speedVal = _Time.y * speed;
float2 offsetTiling = float2(colsOffset, rowsOffset);
float currentIndex = round(fmod(speedVal + startFrame, totalTiles));
currentIndex += (currentIndex < 0) ? totalTiles : 0;
float lineNum = round(fmod(currentIndex, cols));
float offsetX = lineNum * colsOffset;
float rowCount = round(fmod((currentIndex - lineNum) / cols, rows));
rowCount = (int)(rows - 1) - rowCount;
float offsetY = rowCount * rowsOffset;
float2 offsetXY = float2(offsetX, offsetY);
float2 result = uv*offsetTiling +offsetXY;
return result;
}
//简化版的转换法线并缩放的方法
half3 UnpackScaleNormal(half4 packednormal, half bumpScale)
{
half3 normal;
//由于法线贴图代表的颜色是0到1，而法线向量的范围是-1到1
//所以通过*2-1,把色值范围转换到-1到1
normal = packednormal * 2 - 1;
//对法线进行缩放
normal.xy *= bumpScale;
//向量标准化
normal = normalize(normal);
return normal;
}
//获取HalfLambert漫反射值
float GetHalfLambertDiffuse(float3 worldPos, float3 worldNormal)
{
float3 lightDir = UnityWorldSpaceLightDir(worldPos);
float NDotL = saturate(dot(worldNormal, lightDir));
float halfVal = NDotL * 0.5 + 0.5;
return halfVal;
}
//获取BlinnPhong高光
float GetBlinnPhongSpec(float3 worldPos, float3 worldNormal)
{
float3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));
float3 halfDir = normalize((viewDir + _WorldSpaceLightPos0.xyz));
float specDir = max(dot(normalize(worldNormal), halfDir), 0);
float specVal = pow(specDir, _shininess);
return specVal;
}
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent);
o.worldBitangent = cross(o.worldNormal, o.worldTangent);
return o;
}
half4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 uv = frac(i.worldPos.xz*_tiling);
float2 normalUV = GetSequenceAnimUV(uv,_cols,_rows,_speed, _startFrame);
//采样法线贴图的颜色
half4 normalCol = tex2D(_NormalTex, normalUV);
//得到切线空间的法线方向
half3 normalVal = UnpackScaleNormal(normalCol, _normalScale).rgb;
//构建TBN矩阵
float3 tanToWorld0 = float3(i.worldTangent.x, i.worldBitangent.x, i.worldNormal.x);
float3 tanToWorld1 = float3(i.worldTangent.y, i.worldBitangent.y, i.worldNormal.y);
float3 tanToWorld2 = float3(i.worldTangent.z, i.worldBitangent.z, i.worldNormal.z);
//通过切线空间的法线方向和TBN矩阵，得出法线贴图代表的物体世界空间的法线方向
float3 worldNormal = float3(dot(tanToWorld0, normalVal), dot(tanToWorld1, normalVal), dot(tanToWorld2, normalVal));
//用法线贴图的世界空间法线，算漫反射
half diffuseVal = GetHalfLambertDiffuse(i.worldPos, worldNormal);
//用法线贴图的世界空间法线，算高光角度
half3 specCol = _specColor * GetBlinnPhongSpec(i.worldPos, worldNormal)*_specIntensity;
half4 col = tex2D(_MainTex,i.uv);
col.rgb = col.rgb*_color.rgb + specCol;
return col;
}
ENDCG
}
}
}