Roystan的卡通水着色器 | IronName

https://roystan.net/articles/toon-water/

只要跟着做就行，中间没有遇到bug，简直是享受。

基于深度的颜色

深度纹理

代码块中有一行声明了一个名为 _CameraDepthTexture 的 sampler2D 。这个声明使我们的着色器能够访问一个_未在属性中声明的_变量：摄像机的深度纹理 。
_CameraDepthTexture 变量对所有着色器全局可用，但默认情况下不可用 ；如果在场景中选择 Camera 对象，你会注意到它附加了脚本 CameraDepthTextureMode ，并且其检查器字段设置为 Depth 。此脚本指示相机将当前场景的深度纹理渲染到上述着色器变量中。

// CameraDepthTextureMode.cs
public class CameraDepthTextureMode : MonoBehaviour 
{
    [SerializeField]
    DepthTextureMode depthTextureMode;

    private void OnValidate()
    {
        SetCameraDepthTextureMode();
    }

    private void Awake()
    {
        SetCameraDepthTextureMode();
    }

    private void SetCameraDepthTextureMode()
    {
        GetComponent<Camera>().depthTextureMode = depthTextureMode;
    }
}

从深度纹理获取线性深度值

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float existingDepth01 = tex2Dproj(_CameraDepthTexture, UNITY_PROJ_COORD(i.screenPosition)).r;
float existingDepthLinear = LinearEyeDepth(existingDepth01); // 将非线性深度转换为线性深度
float depthDifference = existingDepthLinear - i.screenPosition.w;

tex2Dproj 和 tex2D 的不同

tex2Dproj 会对纹理坐标做透视除法（除以 w 分量），而 tex2D 直接使用提供的 UV 坐标。
tex2D 用于普通纹理映射（模型UV），坐标是模型顶点提供的 UV 坐标。
tex2Dproj 用于投影纹理映射（阴影贴图、贴花、聚光灯投影），坐标是从光源或摄像机空间计算出的投影坐标（如 float4(lightSpacePos, 1) 或 ComputeScreenPos(o.pos)）

关于投影

想象你拿一个投影仪，把一张幻灯片投射到墙上：

投影仪就是“投影摄像机”，它的镜头决定了光线投射的方向和范围。
墙上某一点 P，它在投影仪的“胶片平面”上有一个对应的 2D 位置（就是 UV）。这个位置正是通过把 P 点变换到投影仪的裁剪空间，再做透视除法得到的。
然后，投影仪把该 UV 处的颜色照到 P 点上。

波浪

应用一个阈值来获得更接近二元效果的外观。
希望波浪强度在近岸或物体与水面交汇处增强，从而产生泡沫效果 。我们将根据水深调节噪声截止阈值来实现这一效果。

动画

添加动感：通过偏移用于采样噪声纹理的 UV 坐标

Edit Mode 下 Time 的更新不是实时的，所以动画看起来是卡顿的。

滚动效果就像一张纸在表面上拖动一样。我们将使用扭曲纹理来增加动态感。这种扭曲纹理类似于法线贴图，但只有两个通道（红色和绿色），而不是三个。

渲染法线缓存

根据水面法线与两者之间物体法线之间的角度来调节泡沫深度值（着色器中的 _FoamDistance ）。为此，我们需要访问法线缓冲区 。
Unity 内置了使用 DepthNormals 深度纹理模式渲染法线缓冲区的功能。该模式会将深度缓冲区和法线缓冲区打包到一个纹理中（每个缓冲区两个通道）。然而，这样做会导致深度缓冲区的精度不足以满足我们的需求；因此，我们将手动将法线渲染到单独的纹理中。
此脚本创建了一个与主摄像机位置和旋转角度相同的摄像机，但它使用替换着色器渲染场景。此外，它不会将场景渲染到屏幕上，而是将输出存储到名为 _CameraNormalsTexture 的全局着色器纹理中。与我们上面使用的 _CameraDepthTexture 一样，此纹理可供所有着色器使用。
利用点积的结果来控制泡沫量。当点积较大（接近 1）时，我们将使用比点积较小（接近 0）时更低的泡沫阈值。

透明

1 2	Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha ZWrite Off

Blend 线决定了混合的具体方式。我们使用的是通常被称为 “普通混合”的混合算法，它类似于 Photoshop 等软件混合两个图层的方式。
- ZWrite Off 可以防止我们的对象被写入深度缓冲区；如果_被_写入深度缓冲区，它将_完全_遮挡其后面的对象，而不是仅仅部分遮挡它们。

泡沫颜色和设置的不同

改变泡沫的颜色会产生不同的结果，红色泡沫会变成粉色，黑色泡沫会变成浅蓝色。
顾名思义，加色混合是将两种颜色混合在一起，从而产生更明亮的效果。这种方法非常适合用于发光物体，例如火花、爆炸或闪电。但我们想要将泡沫与水面混合——泡沫和水面本身都不发光，混合后的效果也不应该更亮；因此，加色混合并不适用于此。

叠加透明薄层

标准 Over 混合（Alpha Blend）和简单加法混合的核心区别在于：Over 混合考虑了前景的透明度（alpha），能实现“半透明覆盖”效果，而简单加法只是颜色相加，没有透明度概念。

1. Over 混合公式（用这个）

final.rgb = top.rgb * top.a + bottom.rgb * (1 - top.a)
final.a = top.a + bottom.a * (1 - top.a)

当 top.a = 1（泡沫完全不透明）：final = top.rgb，泡沫完全覆盖水。
当 top.a = 0.5（泡沫半透明）：final = top.rgb * 0.5 + bottom.rgb * 0.5，水和泡沫各贡献一半。
当 top.a = 0：final = bottom.rgb，完全看不到泡沫。
这种混合符合“叠加透明薄层”的物理直觉：颜色按比例混合，同时保留水的原始颜色。

2. 简单加法混合

1 2	final.rgb = waterColor.rgb + surfaceNoiseColor.rgb final.a = waterColor.a + surfaceNoiseColor.a（通常忽略 alpha）

泡沫颜色直接加到水上，无论泡沫的 alpha 是多少，都会提升亮度。
即使你想让泡沫半透明，比如 surfaceNoiseColor.rgb = (1,1,1) * 0.5，加法后也会使水变亮 0.5，而不是混合。
结果通常会导致过曝、颜色失真，且无法实现“泡沫覆盖水”的视觉效果（水依然完全可见）。

抗锯齿

#define SMOOTHSTEP_AA 0.01

//...

float surfaceNoise = smoothstep(surfaceNoiseCutoff - SMOOTHSTEP_AA, surfaceNoiseCutoff + SMOOTHSTEP_AA, surfaceNoiseSample);

拓展（原文的 Conclusion）

深度缓冲区可用于实现任何基于距离的效果，例如雾效或扫描效果。法线缓冲区用于延迟着色，即在所有渲染完成_后_ ，作为后处理步骤对表面进行光照。扭曲和噪波的应用几乎是无限的，它们可以用来修改网格的几何形状，类似于高度图的工作原理。