水面渲染小结

水面渲染小结

 

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作者：clayman
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       从几何模型上来看，水面其实和地面是一样的，可以看做普通的均匀网格，不同点在于地形中，顶点高度是固定的，而水面是动态的。此外，对于水面来说，还有许多特殊的光学效果。为了更好的描述渲染效果，下面借用了《Water Effect》一文中的部分图片。

 

一．           水面动画

       当然，第一步就是让水面运动起来。对均匀网格来说，需要计算出每个顶点的位置和法线。实际上，如果仅模拟比较平静的水面，甚至只需计算法线就行了，这也是目前游戏中常见的做法。

       仅使用法线来模拟水面的好处是可以极大的简化几何模型，最简单的情况下，一个网格就能代表整个水面，你甚至不必担心如何处理LOD计算。它的实现思想就是bump mapping，区别在于这里我们使用动态的normal map。可以实时计算出每条法线的位置，也可以从预先处理好的normal map中获得这些信息。显然，适用后者计算量可以减少很多。在Farcry中，水面实际上只使用了一张normal map，在vertex shader中，对纹理坐标进行不同的缩放和偏移，从而获得动态水面。对这种方法来说，normal map质量的好坏对最终效果有很大影响。下面的代码显示了通过混合三层不同的波来模拟水面的情况：

     bumpCoord1 = texCoord + time*0.02;

     bumpCoord2 = texCoord * 2.0f + time * 0.02;

     bumpCoord3 = texCoord / 2.0f + time * 0.01;

     half3 vBumpTexA = tex2D(tex0, bumpCoord1).xyz;

     half3 vBumpTexB = tex2D(tex0, bumpCoord2).xyz;

     half3 vBumpTexC = tex2D(tex0, bumpCoord3).xyz;

     half3 vBumpTex = normalize(2.0 * (vBumpTexA.xyz + vBumpTexB.xyz+vBumpTexC.xyz) - 3.0);

 

    上述方法最大的缺点就是对于起伏较大的水面来说，就无能为力了，由于仅仅使用法线来表示水面起伏，因此，当近距离观察时，可以看到水面实际是静止的。为了进一步增加真实性，让顶点真正运动起来是必须的。如何来计算水面运动呢？简单来说，可以把水面运动看作一系列正弦或余弦波的叠加。根据不同的时间和顶点坐标位置，计算出当前顶点的高度。然而，实践中我们却更偏向于适用Gerstner Wave。以下是3D Gerstner Wave的3D波动方程，注意这里的x是一个矢量