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前言

在之前的文章中，我们已经实现了水体几乎全部的效果。

• Unity中URP实现水体效果（水的深度）

• Unity中URP实现水体效果（泡沫）

• Unity中URP实现水体（水下的扭曲）

• Unity中URP下实现水体（水面高光）

• Unity中URP实现水体（水的焦散）

但是，还有一些细节需要修改，代码可以优化。
在这篇文章中，我们就对水体Shader进行整理优化。

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一、优化水的深度

1、我们把 水流动的方向 和 水深浅过渡值，整合到一个四维变量中

_WaterBase(“Direction(XY) Atten(Z) Null(W)”,Vector) = (1,1,1,1)

2、修改 水体流动方向

因为流动是，修改采样时使用的uv,在 顶点着色器 和 片元着色器 中，都有使用。所以，把它放在 v2f 结构体来存储，只需要计算一次。

• 在v2f结构体定义

float2 timeOffset : TEXCOORD6;

• 在顶点着色器计算，由方向值调节的流动
  代替原本所有语句中使用到的 _Time.y * _WaterSpeed

o.timeOffset = _Time.y * _WaterSpeed * _WaterBase.xy;

3、在片元着色器中，修改使用过渡变量

half4 waterColor = lerp(_WaterColor1, _WaterColor2, depthWater * _WaterBase.z);

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二、优化泡沫

要优化泡沫的话，也是和深度同样的优化方法。只是我这里为了方便调节效果，就不做优化了。

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三、优化水下的扭曲

1、修复原本扰动UV的计算

• 这是原本的扭曲采样使用的uv，存在这种不正常的偏移效果

float2 distortUV = lerp(screenUV,normalTex.xy,_Distort);

• 修改直接对屏幕uv乘以扰动值，在加上normalTex的方法实现线性过渡

float2 distortUV = screenUV * _Distort + normalTex.xy;

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四、优化水面高光

1、把高光强度、光滑度、高光扭曲值，整合为一个四维变量

_SpecularBase(“Specular : Intensity(X) Smoothness(Y) Distort(Z) Null(W)”,Vector) = (0.6,10,0.5,1)

2、替换计算 高光反射 使用的法线 使用的 扭曲值

half4 N = lerp(half4(i.normalWS, 1), normalize(normalTex), _SpecularBase.z);

3、替换高光反射公式计算时，使用的光滑度

half4 specular = _SpecularColor * _SpecularBase.x * pow(max(0, dot(N.xyz, H)), _SpecularBase.y);

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五、优化水的反射

• 使用水下扭曲值，控制水反射法线的过渡值。从而和高光反射使用的法线分离开

half3 normalReflection = lerp(half4(i.normalWS, 1), normalize(normalTex), _Distort).xyz;

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六、优化水的焦散

• 水的焦散目前没有什么好优化的，就保持原本的吧。

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七、最终优化代码

记着在优化时，编译Shader把所有的警告消除

//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)[PowerSlider(3)]_WaterSpeed("WaterSpeed",Range(0,1)) = 0.1_WaterBase("Direction(XY) Atten(Z) Null(W)",Vector) = (1,1,1,1)[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(0,1)) = 0[Header(Specular)]_SpecularColor("Specular Color",Color) = (1,1,1,1)_SpecularBase("Specular : Intensity(X) Smoothness(Y) Distort(Z) Null(W)",Vector) = (0.6,10,0.5,1)[Header(Reflection)]_ReflectionTex("ReflectionTex",Cube) = "white"{}[Header(Caustics)]_CausticsTex("CausticsTex",2D) = "white"{}}SubShader{Tags{//告诉引擎，该Shader只用于 URP 渲染管线"RenderPipeline"="UniversalPipeline"//渲染类型"RenderType"="Transparent"//渲染队列"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 _WaterBase;half4 _FoamColor;half _FoamRange;half _FoamNoise;half4 _FoamTex_ST;half _Distort;half4 _NormalTex_ST;half4 _SpecularColor;half4 _SpecularBase;half4 _CausticsTex_ST;CBUFFER_ENDTEXTURE2D(_CameraDepthTexture);SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);TEXTURE2D(_FoamTex);SAMPLER(sampler_FoamTex);TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture);SAMPLER(sampler_CameraOpaqueTexture);TEXTURE2D(_NormalTex);SAMPLER(sampler_NormalTex);TEXTURECUBE(_ReflectionTex);SAMPLER(sampler_ReflectionTex);TEXTURE2D(_CausticsTex);SAMPLER(sampler_CausticsTex);//struct appdata//顶点着色器的输入struct Attributes{float3 positionOS : POSITION;float2 uv : TEXCOORD0;half3 normalOS : NORMAL;};//struct v2f//片元着色器的输入struct Varyings{float4 positionCS : SV_POSITION;float2 uv : TEXCOORD0; //foamUVfloat4 screenPos : TEXCOORD1;float3 positionVS : TEXCOORD2;float3 positionWS : TEXCOORD3;float3 normalWS : TEXCOORD4;float4 normalUV : TEXCOORD5;float2 timeOffset : TEXCOORD6;};//v2f vert(Attributes v)//顶点着色器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);//计算得到泡沫纹理采样需要的顶点世界空间下的坐标值的流动效果o.uv += o.positionWS.xz * _FoamTex_ST.xy + _Time.y * _WaterSpeed;//计算得到水下扭曲纹理的流动UVo.timeOffset = _Time.y * _WaterSpeed * _WaterBase.xy;o.normalUV.xy = TRANSFORM_TEX(v.uv, _NormalTex) + o.timeOffset;o.normalUV.zw = TRANSFORM_TEX(v.uv, _NormalTex) + o.timeOffset * float2(-1.3, 1.5);o.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS);return o;}//fixed4 frag(v2f i) : SV_TARGET//片元着色器half4 frag(Varyings i) : SV_TARGET{//1、水的深度//获取屏幕空间下的 UV 坐标float2 screenUV = i.positionCS.xy / _ScreenParams.xy;half depthTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, screenUV).x;//深度图转化到观察空间下float depthScene = LinearEyeDepth(depthTex, _ZBufferParams);//获取水面模型顶点在观察空间下的Z值（可以在顶点着色器中，对其直接进行转化得到顶点观察空间下的坐标）float4 depthWater = depthScene + i.positionVS.z;//2、水的颜色，线性插值得到水 和 接触物体的水的 颜色的过度half4 waterColor = lerp(_WaterColor1, _WaterColor2, depthWater * _WaterBase.z);//3、水面泡沫//对泡沫纹理进行采样(这里使用顶点世界空间下的坐标进行纹理采样，防止水体缩放影响泡沫的平铺和重复方式)half4 foamTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_FoamTex, sampler_FoamTex, i.uv.xy);foamTex = pow(abs(foamTex), _FoamNoise);//这里增加一个调整深度图范围的功能half4 foamRange = depthWater * _FoamRange;//使用泡沫纹理 和 泡沫范围 比较得到泡沫遮罩half4 foamMask = step(foamRange, foamTex);//给泡沫加上颜色half4 foamColor = foamMask * _FoamColor;//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.xy,_Distort);float2 distortUV = screenUV * _Distort + normalTex.xy;half depthDistortTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, distortUV).x;half depthDistortScene = LinearEyeDepth(depthDistortTex, _ZBufferParams);half depthDistortWater = depthDistortScene + i.positionVS.z;float2 opaqueUV = distortUV;if (depthDistortWater < 0) opaqueUV = screenUV;half4 opaqueTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraOpaqueTexture, sampler_CameraOpaqueTexture, opaqueUV);//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);//修改法线实现，波光粼粼的效果half4 N = lerp(half4(i.normalWS, 1), normalize(normalTex), _SpecularBase.z);half3 H = normalize(L + V);half4 specular = _SpecularColor * _SpecularBase.x * pow(max(0, dot(N.xyz, H)), _SpecularBase.y);//6、水的反射half3 normalReflection = lerp(half4(i.normalWS, 1), normalize(normalTex), _Distort).xyz;half3 reflectionUV = reflect(-V, normalReflection.xyz);half4 reflectionTex = SAMPLE_TEXTURECUBE(_ReflectionTex, sampler_ReflectionTex, reflectionUV);half fresnel = 1 - saturate(dot(normalReflection, V));half4 reflection = reflectionTex * fresnel;//7、水的焦散float4 depthVS = 1;depthVS.xy = i.positionVS.xy * depthDistortScene / -i.positionVS.z;depthVS.z = depthDistortScene;float4 depthWS = mul(unity_CameraToWorld, depthVS);float4 depthOS = mul(unity_WorldToObject, depthWS);float2 uv1 = depthOS.xz * _CausticsTex_ST.xy + depthWS.y * 0.1 + i.timeOffset;float2 uv2 = depthOS.xz * _CausticsTex_ST.xy + depthWS.y * 0.1 + i.timeOffset * float2(-1.3, 1.5);half4 causticsTex1 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CausticsTex, sampler_CausticsTex, uv1);half4 causticsTex2 = SAMPLE_TEXTURE2D(_CausticsTex, sampler_CausticsTex, uv2);half4 causticsTex = min(causticsTex1, causticsTex2);half4 col = (foamColor + waterColor) * opaqueTex + (specular * reflection) + causticsTex;return col;}ENDHLSL}}FallBack "Hidden/Shader Graph/FallbackError"
}