Unity3D教程：实现水面渲染（一）
水面渲染在很多游戏项目中都会碰到，下面就分四篇文章去给大家介绍在Unity3D中水面渲染的实现方法，现在介绍的水面渲染（一）。
一、前言
本文旨在与大家一起探讨学习新知识，如有疏漏或者谬误，请大家不吝指出。
二、概述
在讲之前，我们先来看下最终渲染效果是什么样子的：（示例程序见附件）
我们来对水效做一下简单的效果分解。
一般地，像很多网上所说的那样，水效=反射+折射+菲涅尔效应。这个公式是最简单的，也是最基础的。当然，到真正开发水效时需要考虑的东西就比较多了，在上面这张截图里，我考虑到的效果有：水波的模拟、反射、折射、菲涅尔效应、水的散射、大气的散射以及辉光。做过水效的同学可能应该清楚，除了以上的效果，还有Caustic（译作焦散）没有考虑进去。另外水底和水面的渲染在公式、参数和渲染实现上都有或多或少的差别，不能一概而论。这里我们只讨论水面的渲染，至于水底的，大同小异，但是需要准备另外一套shader，这里暂且不提。
下面会将各个效果单独实现，再整合成到一起，每个效果都会开一个文章说明。另外需要注意的是，水波的模拟我之前有篇文章有提过，这里就不写了。链接在这里：
http://gad.qq.com/article/detail/7159284
Gerstner波是一种方法来实现水波模拟；另外还有基于FFT的，可能就需要有真实水波数据来经过FFT分解成若干正弦余弦波，这个我倒没有做过；还有就是基于noise的，将多个noise图根据分形噪声思想进行叠加，也可以实现出很漂亮的波形。在ShaderToy上有一个例子写的非常棒，大家可以看一看：
https://www.shadertoy.com/view/Ms2SD1
三、水面反射的实现
关于水面反射，一般的做法是使用镜面反射，高级一点的可能会用屏幕空间反射技术。我们这里简单点，用镜面反射，效果也是可以的。
关于镜面反射部分，之前也有写过相关的文章发表在GAD平台，读者可以参考一下，这里不再赘述：
http://gad.qq.com/article/detail/7157554
http://gad.qq.com/article/detail/7157769
第一篇是镜面反射基本原理，第二篇是用来处理第一篇中提到的bug。
另外需要考虑到的是，镜面反射是假设水面是一个平面，这导致了我们用镜面反射取到的反射图并不随着水波的流动而变动。为了让效果更逼真，这里使用了一个小trick，即让镜面反射进行UV扰动。具体做法如下：
1 2 3 | float2 offsets =worldNormal.xz*viewVector.y;float4 reflectionColor =tex2D(_ReflTexture, screenUV+offsets*_Params.x); |
做法很简单，在进行纹理查询的时候对UV进行扰动，扰动的参数跟法线和视角高度相关，即让反射贴图沿着法线方向扰动。_Params.x是一个控制扰动大小的参数。
完成镜面反射后的效果图应该是这样的：
一张是未进行UV扰动，一张是使用了UV扰动的。
这里需要注意的第二个问题是，进行反射贴图渲染的相机我设置的是Solid Color模式，并且背景色设置为纯黑，Alpha通道也是0.为什么这么做？我们在上面讲过，反射的真正实现方式是靠reflect函数，只不过为了简化效果和操作，我们使用了镜面反射，这是一种无可奈何的方式，因为并不能找到十全十美解决这个问题的办法。但是对于水面反射天空盒来说，我们有更真实可信的方式，即使用reflect函数。只要我们能获取的天空盒子的Cubemap以及水面法线，这其实做起来比上面的办法更简单，效果更好。
1 2 3 | float3 reflUV =reflect( viewVector, worldNormal);float3 skyColor= texCUBE(_Skybox, reflUV); |
在获取到skyColor后，单单只是天空盒，反射的效果是这样的：
然后只要将镜面反射和天空盒反射根据镜面反射贴图的Alpha通道进行混合就OK了：（这就是为什么反射相机的Alpha通道要为0）
1 | reflectionColor.xyz= lerp(skyColor, reflectionColor.xyz, reflectionColor.a); |
最后的反射效果是这样的：
代码将在这一系列文章都写完后给出。大家也可以试着自己先去实现。有可能大家会觉得效果不好，当然，这是肯定的，毕竟我们才迈出了第一步，下一篇文章我们来通过法线贴图给水面增加点细节。