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前言

在上一篇文章中，我們實現了水體的水下扭曲效果。

• Unity中URP實現水體（水下的扭曲）

在這篇文章中，我們來實現水面的高光效果，這里高光光照模型我們使用 Bllinn Phone 光照模型。

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一、實現高光反射原理

1、原理：

• Unity中Shader光照模型Blinn-Phong原理及實現

2、公式：

Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)),Shininess)

• Specular：高光反射的最終顏色
• SpecularColor：高光反射顏色
• Ks：反射系數
• N：頂點法向量
• H：入射光線L 和 視線向量V的半角向量
• Shininess：高光指數，用于模擬高光的范圍

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二、實現

1、定義 _SpecularColor 作為高光反射的顏色

_SpecularColor(“Specular Color”,Color) = (1,1,1,1)

2、定義 _SpecularIntensity 作為反射系數，控制高光反射的強度

_SpecularIntensity(“Specular Intensity”,Float) = 0.6

3、定義 _Smoothness 作為高光指數，用于模型高光范圍

_Smoothness(“Smoothness”,Float) = 10

4、模擬出水面，波瀾起伏的效果（用法線紋理代替原本的法線信息，計算出 $\vec{N}$）

• 在屬性面板接收法線貼圖，用于代替原本的法線$\vec{N}$

_NormalTex(“NormalTex”,2D) = “white”{}

• 在Pass中，申明 法線紋理 和 采樣器

TEXTURE2D(_NormalTex);SAMPLER(sampler_NormalTex);

• 在 Varyings 中，定義一個四維變量，用于存儲兩組方向相反的流動uv

float4 normalUV : TEXCOORD5;

• 在頂點著色器中，計算得到兩組方向相反的流動uv，用于法線紋理的采樣（目的是實現波浪隨機凌亂的效果）

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);

• 在片元著色器中，對法線紋理用上面兩組uv分別采樣，得到兩個法線紋理，使其相乘得到混亂波浪的效果。

half4 normalTex1 = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalTex,sampler_NormalTex,i.normalUV.xy);
half4 normalTex2 = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalTex,sampler_NormalTex,i.normalUV.zw);
half4 normalTex = normalTex1 * normalTex2;

• 用法線紋理 替代原本模型的法線信息

half4 N = normalize(normalTex);

6、計算出 半角向量 $\vec{H}$

$\vec{H}=\vec{L}+\vec{V}$

• 計算出指向光線向量 $\vec{L}$
  得到主光信息后，使用其方向成員即可

Light light = GetMainLight();
half3 L = light.direction;

• 計算出指向視線的向量$\vec{V}$
  使用世界空間下，攝像機坐標 減去 頂點坐標 即可

half3 V = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.positionWS.xyz);

• 相加得到半角向量

half3 H = normalize(L + V);

7、帶入公式，得到Blinn-Phone高光效果

Specular = SpecularColor * Ks * pow(max(0,dot(N,H)),Shininess)

half4 specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(N,H)),_Smoothness);

8、與上一篇文章中，計算得到水下扭曲的結果，相加輸出即可

col += specular;

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三、最終效果

//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)_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(0,0.5)) = 0[Header(Specular)]_SpecularColor("Specular Color",Color) = (1,1,1,1)_SpecularIntensity("Specular Intensity",Float) = 0.6_Smoothness("Smoothness",Float) = 10}SubShader{Tags{//告訴引擎，該Shader只用于 URP 渲染管線"RenderPipeline"="UniversalPipeline"//渲染類型"RenderType"="Transparent"//渲染隊列"Queue"="Transparent"}//Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlphaZWrite OffPass{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;CBUFFER_ENDTEXTURE2D(_CameraDepthTexture);SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);TEXTURE2D(_FoamTex);SAMPLER(sampler_FoamTex);TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture);SAMPLER(sampler_CameraOpaqueTexture);TEXTURE2D(_NormalTex);SAMPLER(sampler_NormalTex);//struct appdata//頂點著色器的輸入struct Attributes{float3 positionOS : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;half3 normalOS : NORMAL;};//struct v2f//片元著色器的輸入struct Varyings{float4 positionCS : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;//foamUVfloat4 screenPos : TEXCOORD1;float3 positionVS : TEXCOORD2;float3 positionWS : TEXCOORD3;float3 normalWS : TEXCOORD4;float4 normalUV : TEXCOORD5;};//v2f vert(Attributes v)//頂點著色器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);//計算得到泡沫紋理采樣需要的頂點世界空間下的坐標值的流動效果o.uv += o.positionWS.xz *_FoamTex_ST.xy + _Time.y * _WaterSpeed;//計算得到水下扭曲紋理的流動UVo.normalUV.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv,_NormalTex) + _Time.y * _WaterSpeed;o.normalUV.zw = TRANSFORM_TEX(v.uv,_NormalTex) + _Time.y * _WaterSpeed * half2(-1,1);o.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS);return o;}//fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET//片元著色器half4 frag(Varyings i) : SV_TARGET{//1、水的深度//獲取屏幕空間下的 UV 坐標float2 screenUV = i.positionCS.xy / _ScreenParams.xy;half depthTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture,sampler_CameraDepthTexture,screenUV).x;//深度圖轉化到觀察空間下float depthScene = LinearEyeDepth(depthTex,_ZBufferParams);//獲取水面模型頂點在觀察空間下的Z值（可以在頂點著色器中，對其直接進行轉化得到頂點觀察空間下的坐標）float4 depthWater = depthScene + i.positionVS.z;//2、水的顏色，線性插值得到水 和 接觸物體的水的 顏色的過度half4 waterColor = lerp(_WaterColor1,_WaterColor2,depthWater);//3、水面泡沫//對泡沫紋理進行采樣(這里使用頂點世界空間下的坐標進行紋理采樣，防止水體縮放影響泡沫的平鋪和重復方式)half4 foamTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_FoamTex,sampler_FoamTex,i.uv.xy);foamTex = pow(foamTex,_FoamNoise);//這里增加一個調整深度圖范圍的功能half4 foamRange = depthWater * _FoamRange;//使用泡沫紋理 和 泡沫范圍 比較得到泡沫遮罩half4 foamMask = step(foamRange,foamTex);//給泡沫加上顏色half4 foamColor = foamMask * _FoamColor;half4 col = foamColor + waterColor;//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,_Distort);half4 cameraOpaqueTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture,sampler_CameraOpaqueTexture,distortUV);col *= cameraOpaqueTex;//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);//修改法線實現，波光粼粼的效果half4 N = normalize(normalTex);half3 H = normalize(L + V);half4 specular = _SpecularColor * _SpecularIntensity * pow(max(0,dot(N,H)),_Smoothness);col += specular;//水的反射//水的焦散return col;}ENDHLSL}}FallBack "Hidden/Shader Graph/FallbackError"
}