【项目展示】Unity 海洋场景渲染（Boat Attack Water、光谱渲染）

项目背景

  前几个月开始做的项目，需要一个使用海洋场景。但是因为项目很急，所以海水需要使用别人已经写好的开源代码。当时就想起了Unity曾经有一个URP宣传片中的海水似乎还不错，于是便基于此项目的海水进行修改（Unity在GitHub上有两个项目，一个是Boat Attack，也就是宣传片中的项目，但海水是使用的旧版Boat Attack Water。另一个项目便是Boat Attack Water，后续有进行修改，这里采用的是新版。）
  下载下来表现很奇怪，稍微修改一下海水的参数，效果其实还是达不到要求（刚导入还会有一些无关紧要的报错，记得好像是没有找到Resources文件夹下的设置文件还是什么，可以自己简单看一下报错位置，改改就没事了。当然能容忍打开项目就弹几个报错的话也可以不管，应该是不影响使用的）：

  项目时间跨度比较“长”（明明就才两三个月），很多东西我也记不太清了，再加上有些东西可能也不适合讲，所以就随便做个展示。

海水

  因为海水可能主要是用于近景渲染同时也为了节省性能所以效果并不理想，于是在Shader里面一通乱改，在基本相同的海水和相机参数下，图片效果对比（光照、天空盒不一样但整体应该差的也不是特别大，海水颜色在尽量相同了）：

  基于贴图颜色来修改海水顶点位置、法线方向、以及白沫强度生成的动态尾迹：

补充：关于海水的实现

（可能会因为记忆错乱写错一些细节，主要是介绍该海水的大体实现思路，对细节感兴趣可以看源码）

  Boat Attack Water的海水实际上分为近海面和远海面两部分。近海面使用的是始终跟随相机XZ坐标的一个固定网格模型（除此之外我了解到还有一种解决方案，大概是基于屏幕空间映射动态生成覆盖整个画面内海水的网格，好处是拉近可以渲染细节，而远离也可以渲染大场景）。但这个网格模型大小毕竟是有限的，覆盖不到地平线那么远，因此远处使用了一个法线向内的圆柱面，并将海水远景渲染在了上面。从上图b可以看到明显的分界，近处的海水会有顶点的偏移且渲染细节较多，远处看起来更加平坦，有明显的贴图感。

  关于远海的部分没细看过就不瞎扯了，主要讲一下近海部分。
  海浪：Gerstner叠加生成的，然后在vs里修改了顶点的位置和法线，问题在于如果面数不够密集的话会有很严重的失真（所以法线被我改到了ps里，但为了让远景看着不至于十分尖锐而且富有规律、以及避免摩尔纹等，包括海浪等各方面都做了点距离衰减）。
  微表面：因为基本的海浪缺少了细腻海平面波动，因此实际上海水的法线还叠加了一层微表面贴图的扰动，图a中细腻的“皱纹”就是因此而来。
  近岸白沫：基本上应该是使用的深度图之类的，对比一下场景和海面的深度，非常接近时会混合白沫（代码里好像简单看到过，因为不需要修改就没仔细看）。
  海面白沫：没注意原本是怎么做的，因为刚打开项目发现很奇怪就直接被我关了。后来因为项目需要在海浪比较大的时候简单加一些白沫，我就采样了它自带的白沫贴图的其中一个通道然后混合了海面高度。
  着色：主要包括折射、反射、太阳高光、SSS（其实还有混合白沫、雾那些）。折射大概是渲一张不透明物体图然后采样做一些扰动，反射提供几种选择，基本就用的平面反射，也是多渲一张图采样，高光用的URP里的DirectBDRF()，SSS应该是个近似解。最后的结果就是折射、反射用菲涅尔系数（用的URP里的F_Schlick()实现做了简单修改）做一个混合后叠加高光、SSS。

光谱渲染

  实际上场景里的所有颜色都是通过光谱计算得到的，也就是从光源、材质到成像都是光谱数据。但完全实时的光谱渲染性能开销会非常大（简单理解就是原本rgb三通道相乘的部分变成了几十上百个通道相乘，仅此处开销就翻几十倍，而光谱渲染还会多一些额外步骤），于是考虑项目实际情况做了预计算，下边是一个基于光谱渲染的结果（即图片上方渲染的球或者立方体）与理论结果（背后的标准色板图片）的对比：

  其实项目大部分时间在做一些业务逻辑、界面之类的方便调整各种参数、输出各种结果等等。这些主要是注意各种细节避免bug，比较无聊也学不到什么东西，就不再展示了。