UnityShader_Note/深度纹理进阶应用-卡通水体着色器制作.md

# 卡通水体的制作

话不多说，先上效果图

![avatar](./img/ToonWaterShader2.gif)

该水体编写时，用到了GrabPass抓取屏幕，深度纹理，法线变换，菲涅尔反射，噪声纹理，以及顶点动画相关的知识

本篇中，仅解释编写原理，源码会在最后方放出，后续会不定期更新文档。

## 水体部分

##### 1.透明物体的制作

众所周知，水是大自然中透明的物体之一，首先我们需要做一个透明的物体。

这时，我们可以用到GrabPass抓取屏幕与透明度混合两种方式编写。

但由于透明度混合无法对后面的物体产生更改，故无法很好的模拟折射效果。

GrabPass抓取到图像后，经过变换获取到的视口空间中的坐标，从而模拟透明图像，这种方式做出来的透明图像，可以进行更多的操作，比如uv变换等等，可以很方便的模拟折射效果。

##### 2.使用法线贴图

##### 3.模拟菲涅尔反射

##### 4.模拟折射

## 浪花部分

##### 1.深度纹理描边

##### 2.泛光特效

##### 3.使用噪声纹理模拟浪花

## 

## 通过顶点动画让水体动起来

##### 1.sin函数顶点变换

##### 2.时间参数获取

## 

## 全部代码

```c
//卡通水体
//深度纹理与菲涅尔反射的综合应用
Shader "Unlit/ToonWaterShader"
{
    Properties
    {
        // 水体颜色
        _WaterColor ("WaterColor", COLOR) = (1,1,1,1)
        // 浪花深度
        _DepthScale("Depth Scale",Float) = 0.1
        // 波浪噪声纹理
        _WaveNoise("WaveTexture",2D) = "white" {}
        // 菲涅尔反射颜色
        _ReflectColor ("Reflect Color",Color) = (0, 0, 1, 1)
        // 浅水区颜色
        _DepthColor ("Depth Color",Color) = (0, 0, 1, 1)
        // 菲涅尔反射幅度
        _FresnelScale ("Fresnel Scale", Range(0, 1)) = 1
        // 水体法线
        _BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
        // 法线影响度
        _BumpScale("Bump Scale" ,Range(0,1)) = 1
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" "Queue"="Transparent" }
        LOD 100
        //抓取屏幕图像，存在名为_RefractionTex的变量中
        GrabPass { "_RefractionTex" }
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"
            // 声明抓取的变量
            sampler2D _RefractionTex;
            float4 _RefractionTex_TexelSize;
            // 声明深度图
            sampler2D _CameraDepthTexture;
            //声明Properties各项变量
            sampler2D _WaveNoise;
            float4 _WaveNoise_ST;
            float _DepthScale;
            fixed4 _WaterColor;
            fixed4 _ReflectColor;
            fixed _FresnelScale;
            fixed4 _DepthColor;

            sampler2D _BumpMap;
            float4 _BumpMap_ST;
            float _BumpScale;

            //定义顶点着色器结构体
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 tangent : TANGENT;
                float3 normal : NORMAL;
            };
            //定义片元着色器结构体
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float4 scrPos : TEXCOORD1;
                float3 worldPos : TEXCOORD2;
                  fixed3 worldNormal : TEXCOORD3;
                  fixed3 worldViewDir : TEXCOORD4;
                //TBN矩阵
                half3 wNormal : TEXCOORD5;
                half3 wTangent : TEXCOORD6;
                half3 wBitangent : TEXCOORD7;
            };

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                //定义偏移参数，根据时间变换顶点，使x轴顶点按照sin曲线运动
                float4 offset;
                offset.xyzw = float4(0.0,0.0, 0.0, 0.0);
                //offset.x = sin(_Frequency * _Time.y + v.vertex.x * _InvWaveLength + v.vertex.y * _InvWaveLength + v.vertex.z * _InvWaveLength) * _Magnitude;
                offset.x = cos(_Time.y + v.vertex.z)*0.3;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex+offset);
                //
                o.uv = v.uv;
                o.scrPos = ComputeGrabScreenPos(o.vertex);
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                o.worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(o.worldPos);

                //计算TBN矩阵所用的三组变量。
                o.wTangent = UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);
                o.wNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                // compute bitangent from cross product of normal and tangent
                // 通过计算法线与切线的叉积，得到二次切线bitangent,叉积*切线方向
                // half tangentSign = v.tangent.w * unity_WorldTransformParams.w;
                // output the tangent space matrix
                half tangentSign = v.tangent.w;
                o.wBitangent = cross(o.wNormal, o.wTangent) * tangentSign;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
                fixed3 worldViewDir = normalize(i.worldViewDir);

                half3 tnormal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, i.uv));
                float3x3 TBNMatrix = float3x3(i.wTangent,i.wBitangent,i.wNormal);
                worldNormal = mul(tnormal,TBNMatrix);
                //half3 worldViewDir = UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos);
                half3 worldRefra = refract(worldViewDir,worldNormal,_BumpScale);
                float2 offset = worldRefra.xy;
                //i.scrPos.xy = offset * i.scrPos.z + i.scrPos.xy;

                // sample the texture
                //fixed4 refrCol = tex2D(_RefractionTex,i.uv);
                fixed4 refrCol = tex2D(_CameraDepthTexture, i.scrPos.xy/i.scrPos.w);
                i.scrPos.xy = offset * i.scrPos.z + i.scrPos.xy;
                fixed4 refrColScreen = tex2D(_RefractionTex,i.scrPos.xy/i.scrPos.w);

                fixed4 WaveNoise = tex2D(_WaveNoise,i.uv);

                float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);
                float linearDepth = LinearEyeDepth(refrCol.r);
                float diff = linearDepth - i.scrPos.w;
                fixed4 intersect = fixed4(1,1,1,1)-fixed4(diff*_DepthScale,diff*_DepthScale,diff*_DepthScale,1);
                fixed4 border = floor(saturate(intersect+WaveNoise)*2);

                fixed4 depthColor = (1-saturate(diff)) * _DepthColor;

                fixed4 reflection = _ReflectColor;
                fixed fresnel = _FresnelScale + (1 - _FresnelScale) * pow(1 - dot(worldViewDir, worldNormal), 5)*_BumpScale;
                fixed4 diffuse = _WaterColor*refrColScreen+depthColor+border;

                fixed4 colorfinal = lerp(diffuse, reflection, saturate(fresnel));
                return colorfinal;
            }
            ENDCG
        }
    }
}
```