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相较于上一个水波倒影，这个水波倒影要更为复杂，但也更为真实，大体思路如下 利用脚本抓取水面的镜像，并在Shader中进行处理 先上个Gif解解馋，代码后面整理好再上传，最近实在事情多，早上优化到晚上的工作 C#的取镜面代码 using UnityEngine; using System.Collections; [ExecuteInEditMode] public class Mirror : MonoBehaviour { public bool m_DisablePixelLights = true; public int m_TextureSize = 256; public float m_ClipPlaneOffset = 0.07f; public bool m_IsFlatMirror = true; public Vector3 offset = new Vector3(0,0,0); public LayerMask m_ReflectLayers = -1; private Hashtable m_ReflectionCameras = new Hashtable(); private RenderTexture m_ReflectionTexture = null; private int m_OldReflectionTextureSize = 0; //是否已经在渲染 private static bool s_InsideRendering = false; public void OnWillRenderObject() { if( !enabled || !GetComponent() || !GetComponent().sharedMaterial || !GetComponent().enabled ) return; Camera cam = Camera.current;//玩家视角相机 if( !cam ) return; if( s_InsideRendering ) return; s_InsideRendering = true; Camera reflectionCamera;//反射相机 CreateMirrorObjects( cam, out reflectionCamera ); Vector3 pos = transform.position + offset; Vector3 normal; if(m_IsFlatMirror){ normal = transform.up; } else{ normal= transform.position - cam.transform.position ; normal.Normalize(); } int oldPixelLightCount = QualitySettings.pixelLightCount;//限制像素光的数量 if( m_DisablePixelLights ) QualitySettings.pixelLightCount = 0; UpdateCameraModes( cam, reflectionCamera ); float d = -Vector3.Dot (normal, pos) - m_ClipPlaneOffset; Vector4 reflectionPlane = new Vector4 (normal.x, normal.y, normal.z, d); Matrix4x4 reflection = Matrix4x4.zero;//反射矩阵 CalculateReflectionMatrix (ref reflection, reflectionPlane); Vector3 oldpos = cam.transform.position; Vector3 newpos = reflection.MultiplyPoint( oldpos );//反射相机的位置？ reflectionCamera.worldToCameraMatrix = cam.worldToCameraMatrix * reflection;//反射相机的worldToCameraMatrix矩阵进行反射 // 计算剪切面(把原相机的位置及法线经上面计算的反射矩阵变化) Vector4 clipPlane = CameraSpacePlane( reflectionCamera, pos, normal, 1.0f ); Matrix4x4 projection = cam.projectionMatrix; //投影矩阵 CalculateObliqueMatrix (ref projection, clipPlane);//计算出剪切面相关的投影矩阵，剪切面以下内容不显示 reflectionCamera.projectionMatrix = projection; reflectionCamera.cullingMask = ~(1 if( m_ReflectionTexture ) { DestroyImmediate( m_ReflectionTexture ); m_ReflectionTexture = null; } foreach( DictionaryEntry kvp in m_ReflectionCameras ) DestroyImmediate( ((Camera)kvp.Value).gameObject ); m_ReflectionCameras.Clear(); } /// /// 设置目标相机的参数，大部分从源相机中复制过去 /// /// /// private void UpdateCameraModes( Camera src, Camera dest ) { if( dest == null ) return; dest.clearFlags = src.clearFlags; dest.backgroundColor = src.backgroundColor; if( src.clearFlags == CameraClearFlags.Skybox ) { Skybox sky = src.GetComponent(typeof(Skybox)) as Skybox; Skybox mysky = dest.GetComponent(typeof(Skybox)) as Skybox; if( !sky || !sky.material ) { mysky.enabled = false; } else { mysky.enabled = true; mysky.material = sky.material; } } dest.farClipPlane = src.farClipPlane; dest.nearClipPlane = src.nearClipPlane; dest.orthographic = src.orthographic; dest.fieldOfView = src.fieldOfView; dest.aspect = src.aspect; dest.orthographicSize = src.orthographicSize; dest.renderingPath = src.renderingPath; } /// /// 创建反射相机及反射相机对应的照射纹理图 /// /// /// private void CreateMirrorObjects( Camera currentCamera, out Camera reflectionCamera ) { reflectionCamera = null; if( !m_ReflectionTexture || m_OldReflectionTextureSize != m_TextureSize ) { if( m_ReflectionTexture ) DestroyImmediate( m_ReflectionTexture ); m_ReflectionTexture = new RenderTexture( m_TextureSize, m_TextureSize, 16 ); m_ReflectionTexture.name = "__MirrorReflection" + GetInstanceID(); m_ReflectionTexture.isPowerOfTwo = true; m_ReflectionTexture.hideFlags = HideFlags.DontSave; m_OldReflectionTextureSize = m_TextureSize; } reflectionCamera = m_ReflectionCameras[currentCamera] as Camera; if( !reflectionCamera ) { GameObject go = new GameObject( "Mirror Refl Camera id" + GetInstanceID() + " for " + currentCamera.GetInstanceID(), typeof(Camera), typeof(Skybox) ); reflectionCamera = go.GetComponent(); reflectionCamera.enabled = false; reflectionCamera.transform.position = transform.position; reflectionCamera.transform.rotation = transform.rotation; go.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave; m_ReflectionCameras[currentCamera] = reflectionCamera; } } /// /// 阶跃函数 -1，0，1 /// /// /// private static float sgn(float a) { if (a > 0.0f) return 1.0f; if (a //逆矩阵 * (sgn(clipPlane.x),sgn(clipPlane.y),1,1) Vector4 q = projection.inverse * new Vector4( sgn(clipPlane.x), sgn(clipPlane.y), 1.0f, 1.0f ); // Vector4 c = clipPlane * (2.0F / (Vector4.Dot (clipPlane, q))); //矩阵第三列的值 = clipplane - 矩阵第四列的值 projection[2] = c.x - projection[3]; projection[6] = c.y - projection[7]; projection[10] = c.z - projection[11]; projection[14] = c.w - projection[15]; } /// /// 计算反射矩阵 /// /// /// private static void CalculateReflectionMatrix (ref Matrix4x4 reflectionMat, Vector4 plane) { reflectionMat.m00 = (1F - 2F*plane[0]*plane[0]); reflectionMat.m01 = ( - 2F*plane[0]*plane[1]); reflectionMat.m02 = ( - 2F*plane[0]*plane[2]); reflectionMat.m03 = ( - 2F*plane[3]*plane[0]); reflectionMat.m10 = ( - 2F*plane[1]*plane[0]); reflectionMat.m11 = (1F - 2F*plane[1]*plane[1]); reflectionMat.m12 = ( - 2F*plane[1]*plane[2]); reflectionMat.m13 = ( - 2F*plane[3]*plane[1]); reflectionMat.m20 = ( - 2F*plane[2]*plane[0]); reflectionMat.m21 = ( - 2F*plane[2]*plane[1]); reflectionMat.m22 = (1F - 2F*plane[2]*plane[2]); reflectionMat.m23 = ( - 2F*plane[3]*plane[2]); reflectionMat.m30 = 0F; reflectionMat.m31 = 0F; reflectionMat.m32 = 0F; reflectionMat.m33 = 1F; } }Shader中的渲染代码 Shader "Mirrors/Bumped Specular" { Properties { _Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1) _MainTex ("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {} [NoScaleOffset] _NoiseTex ("NoiseTex", 2D) = "white" {} // 噪点图 _BlendLevel("Main Material Blend Level",Range(0,1))=1 _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1) _Shininess ("Shininess", Range (0.03, 128)) = 0.078125 _BumpMap ("Normalmap", 2D) = "bump" {} _Bumpness ("Bump Rate",Range(0,10))= 0.5 _Ref ("Auto Generate！", 2D) = "white" {} _RefColor("Reflection Color",Color) = (1,1,1,1) _RefRate ("Reflective Rate", Range (0, 1)) = 1 _Distortion ("Reflective Distortion", Range (0, 1)) = 0 // 镜面扭曲程度 _NoiseScaleX ("NoiseScaleX", Range(0, 1)) = 0.1 // 水平噪点放大系数 _NoiseScaleY ("NoiseScaleY", Range(0, 1)) = 0.1 // 垂直放大系数 _NoiseSpeedX ("NoiseSpeedX", Range(0, 10)) = 1 // 水平扰动速度 _NoiseSpeedY ("NoiseSpeedY", Range(0, 10)) = 1 // 垂直扰动速度 _NoiseBrightOffset ("NoiseBrightOffset", Range(0, 0.9)) = 0.25 // 噪点图整体的数值偏移 // _NoiseFalloff ("NoiseFalloff", Range(0, 1)) = 1 // 扰动衰减 // _MirrorRange ("MirrorRange", Range(0, 1)) = 1 } SubShader { Pass { Tags {"LightMode" = "ForwardBase" "RenderType"="Opaque" } LOD 400 CGPROGRAM // #pragma surface surf BlinnPhong #pragma multi_compile_fwdbase //顶点函数定义 #pragma vertex vert //片元函数定义 #pragma fragment frag // #pragma target 3.0 // #pragma debug //引入必要的Unity库 如下面的UnityObjectToClipPos 就是库中函数 #include "UnityCG.cginc" //引入光照库 _LightColor0需要用 #include "Lighting.cginc" sampler2D _MainTex; sampler2D _BumpMap; sampler2D _NoiseTex; sampler2D _Ref; float4 _MainTex_ST;//图片的（平铺和偏移系数）如果要使图片的Tilling和Offset生效就必须定义 float4 _BumpMap_ST; float4 _NoiseTex_ST; fixed4 _Color; half _Shininess; half _RefRate; half _Bumpness; half _BlendLevel; half _Distortion; fixed4 _RefColor; fixed _NoiseScaleX, _NoiseScaleY; fixed _NoiseSpeedX, _NoiseSpeedY; fixed _NoiseBrightOffset; // fixed _NoiseFalloff; // float _MirrorRange; struct appdata { float4 vertex : POSITION;//每个顶点结构体必须有的 float3 normal : NORMAL;//定义法线 float4 tangent :TANGENT;//定义切线 float4 maintex : TEXCOORD0;//存储主贴图纹理的坐标信息 float4 noisetex : TEXCOORD1;//存储噪声纹理的坐标信息 float4 bumptex : TEXCOORD2;//存储法线纹理的坐标信息 float2 reftex : TEXCOORD3;//存储相机拍摄纹理的坐标信息 }; struct v2f { float4 pos : SV_POSITION;//每个片元结构体必须有的 float3 lightDir : TEXCOORD0; float3 viewDir : TEXCOORD1; float4 uv1 : TEXCOORD2;//用于存储主贴图、噪声纹理信息 float4 uv2 : TEXCOORD3;//用于存储法线、相机拍摄纹理信息 float4 projPos :TEXCOORD4; }; v2f vert (appdata v) { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//把顶点从模型空间转换到剪裁空间 o.uv1.xy = TRANSFORM_TEX(v.maintex, _MainTex); o.uv1.zw = TRANSFORM_TEX(v.noisetex, _NoiseTex); o.uv2.xy = TRANSFORM_TEX(v.bumptex, _BumpMap); o.projPos = ComputeGrabScreenPos(o.pos); // o.uv2.zw = v.reftex; //这里是UnityCG.cginc 库里面定义函数，利用normal和tangent生成对应的rotation矩阵（模型空间转到切线空间的变换矩阵） //这也是在上面必须定义normal和tangent的原因 TANGENT_SPACE_ROTATION; o.lightDir = mul(rotation,ObjSpaceLightDir(v.vertex));//将模型顶点的光照方向转到切线空间 o.viewDir = mul(rotation,ObjSpaceViewDir(v.vertex));//将模型顶点的视角方向转到切线空间 return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target//返回一个RGBA到模型上 { fixed3 lightDir = normalize(i.lightDir); fixed3 viewDir = normalize(i.viewDir); //这里十分奇怪，要在片元着色器里面计算下面的才不会发生偏移，如果在顶点着色器中计算的话下面的会发生随视角靠近扭曲的现象 i.uv2.zw = i.projPos.xy/i.projPos.w; fixed2 ouvxy = fixed2( // 噪点图采样，用于主纹理的UV偏移的 tex2D(_NoiseTex, i.uv1.zw + fixed2(_Time.x * _NoiseSpeedX, 0)).r, tex2D(_NoiseTex, i.uv1.zw + fixed2(0, _Time.x * _NoiseSpeedY)).r); ouvxy -= _NoiseBrightOffset; // 0~1 to ==> -_NoiseBrightOffset~ 1 - _NoiseBrightOffset ouvxy *= fixed2(_NoiseScaleX, _NoiseScaleY); // 扰动放大系数 // float scale = i.projPos.x / _MirrorRange; // 用距离来作为扰动衰减 // scale = lerp(scale, 1, (1 - _NoiseFalloff)); // 距离越近扰动越是衰减（即：与镜面距离越近，基本是不扰动的，所以我们可以看到边缘与镜面的像素是吻合的） // ouvxy *= scale; fixed4 packedNormal = tex2D(_BumpMap,i.uv2.xy + ouvxy);//采样_BumpMap里面的法线信息 //UnpackNormal英文含义就是 解压法线 将法线从颜色信息里面解压出来 //这里涉及到一个知识点 为什么法线贴图是蓝色调的 //法线贴图里面法线都是存储在切线空间里面的 //详细请看文末提到的博客 fixed3 tangentNormal = UnpackNormal(packedNormal); //切线空间的法线是单位长度为1的，所以只要求出其中两个就可以利用长度求出另一个值 tangentNormal.xy *= _Bumpness; tangentNormal.z = sqrt(1-saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy))); fixed3 albedo = tex2D(_MainTex,i.uv1.xy).rgb * _Color * _BlendLevel;//采样主贴图的纹理颜色 //半罗伯特反射 fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * (1+dot(lightDir,tangentNormal))/2; //Blinn-Phong模型高光 fixed3 halfView = normalize(lightDir + viewDir); fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _SpecColor * pow(saturate(dot(tangentNormal,halfView)),_Shininess); fixed3 reflect = tex2D(_Ref,i.uv2.zw + tangentNormal.xy*_Distortion + ouvxy).rgb * _RefRate ; return fixed4(diffuse + specular + reflect,1); } ENDCG } } FallBack "Specular" }下图为QualitySettings.pixelLightCount参数设置的含义 完整代码百度盘，提取码：oyy9 |
原理剖析： 首先镜面反射的原理： 如下图，入射光经过表面光滑的平面产生关于平面法线的反射光，人眼收集到反射光产生成像 
问题： 当出现如下图，C’为反射相机，C为视角方向，P为镜面。 此时C’的相机范围能够照射到AB两个区域的物体，但是实际上，B区域的物体不应该被渲染出来，因为被P镜面挡住了，此时我们应该更改C’反射相机的剪裁面，将近剪裁面改成P所在的平面。（关于远近剪裁面详见《Unity Shader入门精要 4.6.7》，第二张图是关于远近剪裁面的简易图） 
以上就是在镜面中的两个核心问题。下面我们来看看如何将上面问题解决并用于代码中。 关于问题1，反射矩阵： 如下图（加粗为矢量），Q为被反射点，Q’为反射点，P为镜面，n为镜面的单位法线，d为平面到原点的距离 设k为平面P到Q点的方向向量，M为k所在直线与平面P的交点，且k与n平行 则 n M+d=0 ，（M是平面上任意一点的时候也满足上式） ∴Q’ = Q - 2kn ∵k= Qn - Mn ∴Q’ = Q - 2n（Qn -（-d））= Q-2n（Qn + d） 即 Q’x = (1-2nxnx)Qx-2nxnyQy-2nxnzQz-2nxd Q’y = -2nxnyQx+(1-2nyny)Qy-2nynzQz-2nyd Q’z = -2nxnzQx-2nynzQy+(1-2nznz)Qz-2nz*d 上式可以写成如下 
反射矩阵就是中间那个矩阵。 
一篇同样关于反射矩阵的描写 关于问题2，替换剪裁平面： 剪裁矩阵的相关计算链接
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