unity海水插件 unity 海

转载

mob64ca1403c772 2024-05-27 19:56:19

文章标签 unity海水插件 unity Unity3D 海水 ZBuffer 文章分类 游戏开发

版本：unity 5.4.1 语言：C#

上一节中实现了折射和反射，一下子水的效果就出来了，看起来非常棒，不过有个BUG不知道大家有没有发现。

直接来看两张图感受一下吧：

unity海水插件 unity 海_ZBuffer

unity海水插件 unity 海_unity海水插件_02

第一张图是不是有点怪怪的？它是就是我第二节的代码，而第二张图已经将BUG排除。其中的BUG就是相机在渲染的时候忽略了深度测试。

当然没错，在这里说一下就是那本书中代码的错误，我后来是研究官方的水和网上写的反射找到了排除BUG的方法。

那究竟怎样排除BUG呢？其实排除就是几个字符的事情，但想要了解他的原理必须从头开始说。

首先我们在新建折射反射图片的时候使用了RenderTexture：

reflectionTexture = new RenderTexture(renderTexWidth, renderTexHeight, 0);
refractionTexture = new RenderTexture(renderTexWidth, renderTexHeight, 0);

构造函数中的长宽我就不说了，关键是第三个参数depth（这边参考了csxiaoshui的关于OpenGL模板缓冲区），设定深度缓冲区的大小，或者说Z buffer。

0代表不使用Z buffer，16表示使用16bit的Z buffer，而24或32则至少使用24位的Z buffer，还拥有一个stencil buffer 模板缓冲区，模板缓冲区主要是做颜色过滤就不做过多的研究了。

关键是深度缓冲，一个相机照射过去，没有深度缓冲会怎么样？各个模型之间在渲染时是不是都不知道显示的先后顺序？仔细看看第一张图，它并不是没有显示小山包，而是山包后面的树显示在山包前面了，这就是会造成的结果。所以BUG排除很简单：

reflectionTexture = new RenderTexture(renderTexWidth, renderTexHeight, 16);
refractionTexture = new RenderTexture(renderTexWidth, renderTexHeight, 16);

或者设置为32，保险起见功能都给加上，哈哈。

接下来讲讲反射矩阵相关的内容，比如说我们想要做一面镜子，这边指出一下，第二节实现的海水反射仅仅适用于海面平放的情况，即法线为Vector3(0, 1f, 0)，而镜子是可以任意角度的。

反射相机需要根据当前镜面的一个旋转之后再进行渲染，那反射相机和当前相机究竟是一个什么样的位置关系呢？通过下面的图片给大家说说原理：

unity海水插件 unity 海_unity海水插件_03

当前相机和反射相机的连线与镜面垂直，并且到镜面的距离两个相机相同，这样虽然当前相机看不到整棵树，但是通过反射相机的映射到镜面上，就能通过镜面的反射看到整棵树。

下面是镜面实现的代码，其中计算反射矩阵和剪切平面暂时不分析：

public class Mirror : MonoBehaviour {
    Camera renderCamera;    //当前玩家视角的相机
    Camera reflectionCamera;    //反射渲染的相机

    public LayerMask layerValue = -1;

    RenderTexture rTex;

    // Use this for initialization
    void Start ()
    {
        // 获得玩家相机
        if (renderCamera == null)
            renderCamera = Camera.main;

        // 添加反射渲染相机
        GameObject go = new GameObject("reflectionCamera");
        go.transform.parent = transform;
        reflectionCamera = go.AddComponent<Camera>();
        go.AddComponent<FlareLayer>();
        go.AddComponent<Skybox>();
        reflectionCamera.enabled = false;

        // 新建反射缓存图片
        rTex = new RenderTexture(256, 256, 16); //注意这边的深度不要设置为0
        rTex.isPowerOfTwo = true;
        reflectionCamera.targetTexture = rTex;
        GetComponent<Renderer>().material.SetTexture("_Ref", rTex);
    }
	
	// 官方和网上都使用该函数更新
    // 物体渲染之前调用，Camera.current当前要渲染的相机
	void OnWillRenderObject()
    {
        // 设一个平面的公式为Ax + By + Cz + D = 0，其中normal代表该平面的法线，pos表示经过该法线的一个点
        // 则A、B、C分别为normal的x、y、z值，然后带入pos这个点
        // 即normal.x * pos.x + normal.y * pos.y + normal.z * pos.z + D = 0
        // 所以D为 -Vector3.Dot(normal, pos)
        Vector3 pos = transform.position;
        Vector3 normal = -transform.forward.normalized; //单位化，方便算矩阵
        float D = -Vector3.Dot(normal, pos);
        Vector4 plane = new Vector4(normal.x, normal.y, normal.z, D - 0.07f);   //求出平面

        // 保存玩家相机的矩阵
        Matrix4x4 originMatrix = renderCamera.worldToCameraMatrix;

        // 计算出反射矩阵
        Matrix4x4 reflectionMatrix = Matrix4x4.zero;
        CameraHelper.CalculateReflectionMatrix(ref reflectionMatrix, plane);

        // 计算反射相机的坐标与世界到相机矩阵
        reflectionCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Skybox;
        reflectionCamera.transform.position = reflectionMatrix.MultiplyPoint(renderCamera.transform.position);  //通过矩阵计算出相机的位置
        reflectionCamera.transform.rotation = renderCamera.transform.rotation;
        reflectionCamera.worldToCameraMatrix = originMatrix * reflectionMatrix; //相机的世界到相机矩阵同时改变
        reflectionCamera.cullingMask = ~(1 << 4) & layerValue;  //设置可以反射的物体

        // 计算剪切面
        Vector4 clipPlane = CameraHelper.CameraSpacePlane(reflectionCamera, pos, normal, 1.0f);
        Matrix4x4 projection = renderCamera.projectionMatrix;
        CameraHelper.CalculateObliqueMatrix(ref projection, clipPlane); //计算出剪切面相关的投影矩阵，剪切面以下内容不显示
        reflectionCamera.projectionMatrix = projection;

        // 反射相机渲染
        GL.invertCulling = true;    //渲染的顶点做了翻转操作，但法线没有，所以背面会消隐，该操作翻转剔除操作
        reflectionCamera.Render();
        GL.invertCulling = false;

        //4.6的代码
        //GL.SetRevertBackfacing(true);
        //reflectionCamera.Render();
        //GL.SetRevertBackfacing(false);
    }
}

好了，BUG排除，反射也精简到最核心的代码。折射就不说了，就是玩家的相机渲染一下水平面的物体。

网上看一遍反射矩阵的推导后，我按照我的代码来推导一遍，我们传入的plane包含了面的法线normal(以n(nx, ny, nz)表示)和面距离原点的距离D，设当前相机的坐标Q(x, y, z)，反射相机的坐标为Q’(x’,y’,z’)。

首先我们需要Q到平面的长度，因为n是单位向量，所以Q到n的投影为Q*n，再考虑到平面与原点的距离，则Q到平面的长度为Q*n - D。

因为Q - Q’= 2 * Q到平面长度 * n，所以Q’= Q - 2 * (Q*n + D) * n。

之后我们来分别看看个分量的公式：

x’= x - 2 * ( x*nx + y*ny + z*nz + D ) * nx

y’= y - 2 * ( x*nx + y*ny + z*nz + D ) * ny

z’= z - 2 * ( x*nx + y*ny + z*nz + D ) * nz

整理得到：

x’ = (1 - 2*nx*nx) * x - 2*nx*ny*y - 2*nx*nz*z - 2*D*nx

y’ = -2*ny*nx*x + (1 - 2*ny*ny)*y - 2*ny*nz*z - 2*D*ny

z’ = -2*nz*nx*x - 2*nz*nx*y + (1 - 2*nz*nz)*z - 2*D*nz