Unity3D教程：实现水面渲染(四)
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（四）。
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
先来看看最后的实现效果：
目前为止，我们已经实现了水波的模拟，反射以及折射。上一张没有散射的效果图：
我们常看到的海水是呈现一种通透的蓝色，而我们现在还没有实现这种水的颜色，这章我们就来讨论下如何实现。
上面我们说到的水的颜色，其实是指的光线在水中散射后被我们眼睛所接受到的颜色。这个跟大气散射的原理其实是类似的。由于水中有微小的颗粒，光线射到这些颗粒上面就会产生散射，不同大小的颗粒产生散射的颜色是不同的，当然颗粒本身的颜色也会影响我们观察到的水的颜色。这种现象最明显的要数黄龙的五彩池了。
三、散射的计算
如上图，e点是我们视点所在位置，w是我们观察到的水底的某个点。现在我们已知水面的高度water_height，e点的位置_WorldSpaceCameraPos，以及w点的世界坐标worldPos，我们第一步需要求出wp线段的长度:
根据相似三角的定律，我们得出：
ow : hw = we :wp;
所以有：
wp = we * hw /ow;
根据上述已知条件有：
1 2 3 4 5 | we =length(_WorldSpaceCameraPos.xyz - worldPos);wh= water_height- worldPos.y;ow =_WorldSpaceCameraPos.y; |
带入后就可以求出wp的长度。
在得到wp的长度后，光线从w点穿过水，到达p点射出水面进入我们的眼中。在这里我们使用了一个假设条件：光线从p点射出后并未发生折射，这会大大简化我们的计算。在这个光线的传播过程中，不断有光线从wp线段上散射出去，我们可以使用指数函数exp来模拟这个光的衰减过程：
1 | outScattering =exp(-attenuation*wp); |
其中attenuation系数表示光的衰减系数。
除了上面光的out，在wp这个光路中，还会有不同的光从四面八方汇聚到wp线段上，进入我们的视点，我们称这个过程为in，这里给出一个简化的公式：
1 | inScattering=diff_radiance*(1-outScattering*exp(-wh*kd)); |
上述的公式中，diff_radiance指水的辐射度。
四、实现散射
在实现上其实有两种大体的思路来实现散射，一种是专门为海底的物体写一个shader，这个shader里包含散射的计算；另外一种是专门用一个相机来渲染海底的场景并计算散射。在这里我选择第二种思路，第一种方法可能效率更高，不过第二种方法适用性更广更方便。
由于之前有了折射的相机来渲染海底的场景，所以我在这里就直接使用折射相机来渲染散射，然后直接把散射的计算结果叠加在折射图上。散射的参数则通过Shader.SetGlobal来传入。
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五、实现高光
高光的实现其实很简单，使用Blinn-Phone公式就行了：
1 2 3 | float3 halfVector= normalize(-viewVector+normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz));float3specularColor = pow(max(0, dot(halfVector, worldNormal)), _Shiness); |
半角向量halfVector是指点到相机的向量和光照方向向量的和。在这里我直接是用的平行光，并没有考虑光源是点光源的情况。需要注意的是点到相机的向量的计算不要搞错方向了，正确的是(_WorldSpaceCameraPos - worldPos)。
完整的源码下载：