计图期末大作业

版本：Unity 2022..3.46f1c1

主要场景：

Assets/Scenes/Finally Scene

默认的场景

按2切换为雪景

实现内容

海面

在Assets/Scenes/Water中有海面的效果演示

• 菲涅尔效应、水面高光、波纹扰动
• 水面镜面反射
• 水的折射
• 水的波形
• 边缘泡沫

物理波动

通过Gerstner波 (Gerstner Wave) 算法在顶点着色器中实时计算的。

• 代码中定义了 _Wave1, _Wave2, _Wave3 三组波浪参数（方向、陡峭度、波长）。
• 实现：在 vert 函数中调用 GerstnerWave，将这三个波的位移叠加到顶点坐标 v.vertex 上。这使得水面会有真实的物理起伏，且波峰会变尖（由陡峭度控制），比简单的正弦波更像真实水浪。

表面波纹

为了表现水面细微的涟漪，使用了双层法线贴图混合技术。

• 使用同一张法线贴图 _WaterNormal，但采样两次。
• 实现方式：
  • panner1 和 panner2 使用了不同的速度 (_WaveParams) 和方向。
  • 在 frag 函数中，将这两次采样的法线结果进行混合 (BlendNormals)。

岸边泡沫与深度感 (深度缓冲)

• 原理：利用 Unity 的 _CameraDepthTexture（场景深度图）。
• 实现：
  • 计算 eyeDepth（场景中物体距离摄像机的距离）与 screenPos.w（水面片元距离摄像机的距离）的差值。
  • 差值小：说明水面紧贴着水下的物体（即岸边或浅水），此时混合出泡沫颜色 (_FoamColor) 并增加透明度。

折射

• 原理：使用 GrabPass { "_CameraOpaqueTexture" } 抓取当前屏幕画面。
• 实现：
  • 在 Refraction 函数中，根据水面的法线 (WorldNormal) 对屏幕 UV 进行偏移。
  • 采样抓取的屏幕纹理。

镜面反射 (Planar Reflection)

• 原理：代码中使用了 _ReflectionTexture。
• 使用外部 C# 脚本在运行时渲染一个倒置的摄像机画面并传给 Shader。
• 实现：在 Reflection 函数中，同样利用法线扰动 UV，并结合菲涅尔效应 (fresnelReflect)，使得视角越平视水面，反射越强；垂直看水面时，反射变弱（能看透水底）。

光照模型

使用了自定义的 Blinn-Phong 光照模型：

• 高光 (Specular)：模拟阳光照射在水面的亮斑。
• 菲涅尔边缘光 (Rim)：pow(1-saturate(NdotV), _RimPower)，让水面边缘（远处）看起来更亮，增强水体的体积感。

草地

在Assets/Scenes/Main中有效果演示

• 随机弯曲、旋转、风场效果

• 阴影

• 与碰撞体交互

风的模拟

• 采样噪声图
• UV 滚动：根据 _Time 变量让噪声图的 UV 坐标移动，模拟风吹过草地的波浪感。
• 顶点偏移：读取噪声图的颜色值，将其作为偏移量加到草叶顶端的顶点上（草根不动），实现随风摇摆的效果。

交互

• 全局变量：Shader 会接收一个 _PlayerPosition。
• 距离检测：在生成草叶时，计算草根与玩家的距离。
• 压倒逻辑：如果距离小于阈值，强制将草叶顶端的顶点向下压，并向远离玩家的方向推移。

雪地

在Assets/Scenes/Snow中有效果演示

• 根据深度图以及曲面细分实现雪印的效果

曲面细分

• 距离优化：使用了 UnityDistanceBasedTess。离摄像机近的地方，网格切得非常细；离得远的地方，网格保持稀疏。

交互式脚印

• 原理：使用了一个额外的摄像机（SnowCamera）和两张 RenderTexture (RT)。
• 流程：
  1. 深度捕捉：SnowCamera 从下往上拍，只渲染玩家脚底的深度信息。
  2. 累积绘制：脚本会在两张 RT 之间来回倒腾。上一帧的脚印图 + 这一帧新踩的位置 = 新的脚印图。
  3. 传递给 Shader：这张累积了所有脚印信息的 RT 被传给雪地 Shader。

顶点位移

• 采样：在顶点着色器 (disp 函数) 中，根据当前顶点的 UV 采样那张脚印图。
• 下陷：如果采样到的颜色是红色（代表有脚印），就将该顶点沿法线方向向下移动（v.vertex.xyz -= v.normal * amount）。

雪地Version2

​ 上面这个方案对精度要求比较高，在大地图上很容易会因为精度问题导致失效。于是为了将雪景融入final，我换了另一种方式。仅仅通过修改法线，影响光照着色来凸显下凹的视觉效果。

• 玩家/角色脚本每帧更新位置
  • 见 InteractWithSnowOrSand.cs
  • Update() 里先做：Shader.SetGlobalVector("_PlayerPos", transform.position);
  • 然后计算位移：_DeltaPos = transform.position - LastPlayerPos（只要位移足够大才更新）
• 用 StepGenerator 把“脚印”写进一张 RT（脚印缓存纹理）
  • 仍在 InteractWithSnowOrSand.cs
  • 通过双缓冲（ping-pong）避免读写同一张 RT：
    • Graphics.Blit(StepRT, mTmpRT); 复制历史结果
    • Graphics.Blit(mTmpRT, StepRT, StepMat, 0); 用 StepMat 的 Pass0（Trace Generation）把新结果写回 StepRT
• 平移旧脚印 + 新脚印
  • 见 StepGenerator.shader
  • 旧脚印跟随玩家位移做 UV 偏移：tex2D(_MainTex, uv + _DeltaPos.xz * 0.015)
    • 目的是让脚印“留在世界里”，玩家走动时历史纹理相对移动
  • 新脚印来自 _StepBump（印章贴图），在纹理中心缩放采样并和历史结果融合
    • 用 alpha 控制覆盖：只在新印章更“强”时才叠上去
• Init Pass 用来清空/初始化 RT
  • 见 StepGenerator.shader
  • 输出固定值 float4(0.5, 0.5, 1, 0)（平坦法线 + 无脚印遮罩）
• 雪地渲染时读取 StepRT，当作脚印法线+遮罩
  • 见 SnowWithStep.shader
  • 用世界坐标差值采样脚印 RT：
    • stepUV = (worldPos.xz - _PlayerPos.xz) * _StepUVScale + 0.5
  • stepNormalCol.rgb 当法线扰动，stepNormalCol.a 当脚印遮罩 stepMask
  • stepMask 用来：
    • 加强法线（让凹凸更明显）
    • 轻微压暗雪色（让脚印轮廓更清晰）

随时间变化的天空盒

星星纹理

1. 创建透明背景的纹理
2. 随机分布指定数量的星星点
3. 使用高斯衰减函数绘制星星（中心亮、边缘渐变）
4. 10%概率生成更亮的"亮星"
5. 输出带透明通道的PNG纹理

云朵纹理：

1. 使用分形布朗运动(FBM)生成基础噪声
2. 应用域扭曲破坏对称性
3. 多层噪声混合：

- 基础低频云形状

- 高频细节噪声

4. 对比度/阈值处理形成云块边界
5. 边缘填充处理（隐藏拼接痕迹）

• 远处的云

• 近处的云

自制树

使用blender制作树干和树叶的mesh

使用一个“罩子”，将所有叶子实体合并，然后将罩子的法线统一映射到树叶中

​ 最后将模型以fbx的格式导入unity,加入光线效果，补上贴图（如果不进行烘焙从blender到unity贴图会丢失，所以这里直接选择在unity再上一边贴图）

​ 最后通过LODGroup实现LOD

Unity-chan

​ 很简单的实现，设置一个状态机，通过脚本控制即可