ShaderLab:可互动水面(基于RenderTexture，实时生成动态扰动)

本篇文章是一个基于URP的可交互水面系统，实现了实时渲染水面扰动，使用了三缓冲RT交换用于实现水面波纹扩散效果。

上一篇文章实现了在无扰动理想情况下的程序化生成海面顶点数据，然而这种水面是在理想情况下，现实中水面不会平静也不会只有波浪，还有对系统施加外力情况下的水面扰动。比如，石子被投入水中、小船在水面航行等。这种情况下就不仅仅需要程序化计算顶点位置，还需要计算扰动并叠加。

代码分享：https://pan.baidu.com/s/1-VApXIrHxRjCthW2OYUMmA?pwd=9527https://pan.baidu.com/s/1-VApXIrHxRjCthW2OYUMmA?pwd=9527代码学习、参考：神奇的小阿飞https://space.bilibili.com/31839293/?spm_id_from=333.788.upinfo.detail.click https://www.bilibili.com/video/BV1Xh411D7z7/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=e72728138018176c10ef41188bea0c35https://www.bilibili.com/video/BV1Xh411D7z7/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=e72728138018176c10ef41188bea0c35

效果预览

代码分析

本项目包含四个文件：

DrawShader.shader: 用于绘制鼠标输入点的水波扰动逻辑，以及扰动叠加逻辑
RippleShader.shader: 用于处理水波扩散逻辑
WaterShader.shader: 用于计算水质感
Ripple.cs: 用于处理输入相关逻辑以及shader脚本调用逻辑

DrawShader.shader

着色器功能：在一张已有纹理上绘制一个可扩散的圆形涟漪效果。在_SourceTex上叠加一个"环形渐变"的亮度ripple，位置和半径由_Pos控制。

结构体：appdata------顶点着色器输入结构，v2f------顶点输出结构。

核心公式(一个平滑的环形函数)：

float ripple = pow(saturate(0.05 - abs(length(uv - _Pos.xy) - _Pos.z)), 2.0);

叠加到原图：

return SAMPLE_TEXTURE2D(_SourceTex, sampler_SourceTex, uv).r + ripple * 0.8;

SAMPLE_TEXTURE2D(_SourceTex, sampler_SourceTex, uv).r采样源图并返回r通道值。

RippleShader.shader

着色器功能：二维波动方程（水波/高度场）离散求解器。

使用经典Ping-Pong Simulation双缓冲模拟，_CurrentTex:当前帧，_PreviousTex:上一帧，输出：下一帧

cs 复制代码

half4 frag(v2f i) : SV_Target
{
    float2 e = _CurrentTex_TexelSize.xy;
    float2 uv = i.uv;

    // 这里的 up/down/left/right 是相对于当前像素的四个邻居，而 center 是当前像素在上一帧的值
    float up = SAMPLE_TEXTURE2D(_CurrentTex, sampler_CurrentTex, uv + float2(0, e.y)).r;
    float down = SAMPLE_TEXTURE2D(_CurrentTex, sampler_CurrentTex, uv - float2(0, e.y)).r;
    float left = SAMPLE_TEXTURE2D(_CurrentTex, sampler_CurrentTex, uv - float2(e.x, 0)).r;
    float right = SAMPLE_TEXTURE2D(_CurrentTex, sampler_CurrentTex, uv + float2(e.x, 0)).r;
    float center = SAMPLE_TEXTURE2D(_PreviousTex, sampler_PreviousTex, uv).r;
 
    float c = (up + down + left + right) * 0.5f - center;
    c *= 0.99f;
    return c;
}

对当前像素的当前帧进行四领域采样，以及前一帧的中心像素采样，核心更新公式：

float c = (up + down + left + right) * 0.5f - center;

因为在波的传输过程中是有能量损失的，所以计算出来的下一帧波的高度应该有一定的损失程度，这里按每次损失1%，即c *= 0.99。

WaterShader.shader

着色器功能：用高度图（_RippleTex）驱动几何+法线+反射/折射，渲染动态水面。它做了三件事情：

顶点位移（水面波形）：水面真实的"起伏"
法线重建（光照基础）：根据高度图采样计算法线
光照（真实感来源）：反射 + 折射 + 菲涅尔 + 高光

数据流：RippleTex(高度图) -> 顶点位移 -> 法线计算 -> 光照计算 -> 最终水面

在顶点着色器阶段不能使用函数SAMPLE_TEXTURE2D函数读取贴图，因为在这种情况下需要计算贴图的minmap，但是顶点阶段不能用自动LOD，所以会报错。这时候可以用SAMPLE_TEXTURE2D_LOD指定其minmap等级然后获取贴图。

这个shader就是普通的画面表现shader。

Ripple.cs

在Unity中实现一个基于高度场的水波模拟+鼠标交互扰动，实际上是一个在纹理上做物理模拟的系统，而不是直接操作网格。

使用三张RT做模拟，PreviousRT、CurrentRT、TempRT

包含功能：

鼠标点击产生扰动
每帧做波动传播
把结果给水材质显示