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Skill 广场water-fluid-shaders

water-fluid-shaders

设计与创作

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更新于 10-15 11:18

技能介绍

用途

该技能用于在 Unity 中创建、修改或优化水、海洋、河流、湖泊、池塘、流体、岩浆或液体着色器，尤其面向移动端或 WebGL。触发场景包括：water shader、ocean、waves、foam、shoreline、refraction、caustics、Gerstner、fluid、depth coloring、stylized water、toon water，以及任何与水相关的视觉效果；当用户引用 NVJOB、bmjoy 或 Alexander Ameye 的水体着色器仓库时同样适用。

主要能力

  • 移动端水体约束规则：移动端不使用曲面细分，改用现有网格上的顶点位移；水体着色器纹理采样不超过 4 次（典型预算：1 张平铺滚动的法线贴图、1 张深度纹理用于岸边/泡沫、1 张场景颜色用于折射、1 张泡沫/细节纹理，超预算时优先去掉场景颜色折射）；需在 URP Asset 设置中启用 Depth Texture 与 Opaque Texture 以支持基于深度的岸边检测与折射（会额外增加一次拷贝 pass，移动端约 1ms，若开销过高可改用基于顶点颜色的深度）；使用单层法线（桌面端常混合 2–3 张不同缩放的法线采样，移动端用 1 张法线贴图配合 UV 滚动做动画）；Gerstner 波仅在顶点着色器中计算，移动端限制 2–3 个波八度（桌面端 4 个以上）；除世界坐标与 UV 坐标外，所有水体计算使用 half 精度。

  • 移动端水体着色器最小模板（URP HLSL）：提供名为 "Mobile/Water_Simple" 的完整着色器代码，包含 Shallow Color、Deep Color、Depth Max Distance、Normal Map、Normal Scale、Wave Speed、Foam Color、Foam Distance、Foam Cutoff 等属性，实现基于深度的颜色渐变、单次采样的动画法线、岸边泡沫与简单菲涅尔，并设置 Transparent 渲染队列、ZWrite Off 与 Fallback。

  • Gerstner 波实现：提供 GerstnerWave 函数代码，基于色散关系计算相位速度，返回顶点位移；示例在顶点着色器中叠加 2 个波八度（不同方向、波长、陡度），并提示通过偏导数叉积重算法线。

  • 水体特性成本层级：Tier 1 超低成本（低端移动端，约 0.5ms）：基于顶点颜色或 UV 的深度着色（无深度纹理）、单张滚动法线贴图、无泡沫无折射、不透明渲染；Tier 2 标准移动端（约 1–2ms）：深度纹理岸边着色、基于深度阈值的岸边泡沫、单张滚动法线贴图、基于菲涅尔的透明度、1–2 个 Gerstner 波八度；Tier 3 高质量移动端（约 2–4ms）：深度 + 不透明纹理折射、双法线贴图混合、3 个 Gerstner 波八度、动画泡沫纹理、主光高光、焦散（投影纹理或着色器生成）；Tier 4 仅桌面端：平面反射或 SSR、曲面细分、基于 FFT 的海洋模拟、次表面散射、4 个以上 Gerstner 八度。

  • Shader Graph 水体节点搭建指南：Depth Fade（Scene Depth 节点减去 Fragment Eye Depth，除以最大距离，saturate，在浅/深颜色间 lerp）；Normal Animation（UV 节点加 Time × 速度向量，采样法线贴图，Normal Strength 节点）；Shoreline Foam（相同深度计算但距离更小，Step 节点，乘以泡沫颜色，加到水体颜色）；Fresnel（Fresnel Effect 节点，power 约 3，在基础 alpha 与 1.0 间 lerp）；Vertex Displacement（Position 节点 Object Space，自定义 sine/cosine 子图，加到 Position 输出）。移动端水体着色器节点总数建议控制在 60 个以内，使用 Sub Graph 组织。

  • 参考仓库：列出可参考的开源水体着色器，包括 nvjob/nvjob-water-shader-simple-and-fast（移动端适用，法线映射、视差、无曲面细分，MIT）、nvjob/nvjob-water-shaders-v2（移动端适用，V1 加反射与岸边泡沫，MIT）、bmjoy/Stylized-Water-Shader-Unity-URP（移动端适用，URP、深度颜色、泡沫、折射）、N7RX/Simple-Water-Shader（移动端适用，轻量移动优先）、danielshervheim/unity-stylized-water（部分适用，风格化与材质预设，约 953 星）、MatrixRex/Uber-Stylized-Water（部分适用，Unity 6，高度可定制）、tuxalin/water-shader（不适用移动端，多平台、Gerstner、焦散）。

  • 来源教程：Alexander Ameye 的 Stylized Water Shader、Roystan 的 Toon Water、Cyanilux 的 2D Water Shader Breakdown、Harry Alisavakis 的 Water Shaders（CC0）、Catlike Coding 的 Flow 系列、80.lv 的 Nature Shaders（水 + 沙）与 Lava Lamp（流体模拟）、Brabl 的 Mobile Water Shader、Linden Reid 的 Simple Water Shader、Gabriel Aguiar 的 2D Water / Waterfall VFX。

使用方式

当用户提出创建、修改或优化 Unity 水体/流体着色器需求时触发该技能。按移动端约束选择特性层级，使用提供的 HLSL 模板或 Shader Graph 节点方案实现，并按需参考开源仓库与教程。

适用场景

移动端或 WebGL 平台的水、海洋、河流、湖泊、池塘、流体、岩浆等液体着色器开发与优化；也可用于桌面端水体着色器，但需按 Tier 4 说明调整特性。

限制

移动端不支持高效硬件曲面细分；纹理采样与深度/不透明纹理拷贝 pass 有性能预算限制；Gerstner 波八度数在移动端受限；具体性能数值（如 0.5ms、1–2ms 等）为资料给出的参考预算，实际表现取决于设备与项目。