水波优化算法 python 水波函数

前言
尽管已经有很多关于水波的shader了，原理就是通过sin函数的波动，在图片的uv上做手脚，从而实现波纹。对于多个波纹的处理并没有很好地实现。
本篇文章尽量以最简洁的方式，为大家讲解多个水波的实现过程。
实现原理
1.
对于水波而言， 他的波涌主要是靠sin来完成的。（如下图）那么我们就可以通过sin（距离）来完成水的波动效果。

sin函数

2.

其次就是多点同时出现的效果，假设一个shader同时只有一个水波出现，呢么原理其实也很简单，就是每一个UV点都计算出 到原点的距离，然后套用sin（距离）这个公式就能出现水波了，但是，一个小水面，可以同时出现好几个水波，这就比较麻烦了。

多个水波

思路1，在cpu中做一个噪点图，噪点图里面存储几个水波产生的波纹。—能实现，但是对cpu消耗太大，毕竟每次水波变化的时候都要将噪点图更新一下。

思路2，通过在c#代码中传入不同的水波的初始点， 然后在Shader的算法中对每一个uv点做插值。

但是水波的点不是固定的，可能有一两个，也有可能是七八个，所以对于Shader来说他不是一个固定的。要使用到for循环这种方式去动态更新。运气比较好，我们的Shader在4.0版本之后也是支持for循环了。

https://answers.unity.com/questions/59563/for-loop-in-shader.html

水波效果

c#代码

using System.Collections;
 using System.Collections.Generic;
 using UnityEngine;
 using UnityEditor;public class CreatNodes : MonoBehaviour
 {
 public float _speed = 3;

public float forward_speed= 0.006f;
public float back_speed = 0.0045f;
 float max_dis = 1;
public float width = 0.15f;
/// <summary>
/// 当前的材质
/// </summary>
private Material currentMaterial;
public const int max_click_count = 10;
//shader最大同时水波的数量是10，要修改请到Wave.shader里面相关代码一起修改
public Vector4[] uis = new Vector4[max_click_count];

void Awake()
{
    currentMaterial = transform.GetComponent<Renderer>().sharedMaterial;
    currentMaterial.SetVectorArray("_ArrayParams", uis);
}
private Ray ray;
private RaycastHit hit;
bool can_add;

Vector3 vector3;
private void FixedUpdate()
{

    for (int i = 0; i < uis.Length; i++)
    {
        if (uis[i].z > max_dis)
            uis[i].Set(0, 0, 0, 0);
        if (uis[i].x == 0 && uis[i].y == 0)
        {
            if (can_add)
            {
                //将物体坐标转换成uv坐标
                uis[i].x = vector3.x + 0.5f;
                uis[i].y = vector3.y + 0.5f;
                //头与尾巴的宽度
                uis[i].z = width;
                //尾巴的开始点
                uis[i].w = 0;
                can_add = false;
            }
        }
        else
        {
            uis[i].z += forward_speed * _speed;
            uis[i].w += back_speed * _speed;
        }

    }
    currentMaterial.SetVectorArray("_ArrayParams", uis);
}
private void Update()
{
    if (Input.GetMouseButtonDown(0))
    {
        // 主相机屏幕点转换为射线
        ray = Camera.main.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
        //射线碰到了物体
        if (Physics.Raycast(ray, out hit))
        {
            if (hit.transform == transform)
            {
                vector3 = transform.InverseTransformPoint(hit.point);
                can_add = true;
            }
        }
    }
}

}

Shader的代码

Shader “Unlit/Wave”
 {
 Properties
 {
 _MainTex (“Texture”, 2D) = “white” {}
 _Ctor(“Ctor”, float) = 84
 _timeCtor(“timector”,float)=60
 _max_dis(“maxdis”,Range(0,1))=0.5
 }
 SubShader
 {
 Tags { “RenderType”=“Opaque” }
 LOD 100
 Pass
 {
 CGPROGRAM
 #pragma vertex vert
 #pragma fragment frag
 #pragma multi_compile_fog
 #pragma target 4.0

#include "UnityCG.cginc"

        struct appdata
        {
            float4 vertex : POSITION;
            float2 uv : TEXCOORD0;
        };

        struct v2f
        {
            float2 uv : TEXCOORD0;
            UNITY_FOG_COORDS(1)
            float4 vertex : SV_POSITION;
        };

        sampler2D _MainTex;
        float4 _MainTex_ST;
          float4 _ArrayParams[10];
          float _Ctor; 
          float _timeCtor;
          float _max_dis;
        v2f vert (appdata v)
        {
            v2f o;
            o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
            o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
            UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
            return o;
        }

        fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
        {
           float2 uv =float2(0,0);
             [unroll]
            for (int j = 0; j < 10; j++)
           {
          	   float2 dv = float2(_ArrayParams[j].x,_ArrayParams[j].y) - i.uv;
	           float dis = sqrt(dv.x * dv.x + dv.y * dv.y); 
	           float sinFactor = sin(dis* _Ctor +_Time.y *_timeCtor ) ;
	           float2 dv1 = normalize(dv);
	           float2 offset = dv1  * sinFactor*max(0,_max_dis-dis)*step(dis,_ArrayParams[j].z)*step(_ArrayParams[j].w,dis);
	           uv += offset ;
           }
           uv=i.uv+uv/10;
	       return tex2D(_MainTex, uv);	
        }
        ENDCG
    }
}

}

shader代码里面使用了for，上面打上[unroll]标签，编译的时候会把for展开成静态代码。相对于流式，运行时的性能会高很多。

结束
一开始我使用思路一的，但是发现走到后面发现卡的飞起，每一帧里面要遍历图片所有像素赋值，然后存下载交给GPU。如此之大费周章不是我的风格。

通过测试得出第二种的性能要比第一种太很多。就用了第二种。