Question

如何使用Unity创造动态的2D水体效果

Answer 1

在本篇教程中，我们将使用简单的物理机制模拟一个动态的2D水体。我们将使用一个线性渲染器、网格渲染器，触发器以及粒子的混合体来创造这一水体效果，最终得到可运用于你下款游戏的水纹和水花。这里包含了Unity样本源，但你应该能够使用任何游戏引擎以相同的原理执行类似的操作。
设置水体管理器
我们将使用Unity的一个线性渲染器来渲染我们的水体表面，并使用这些节点来展现持续的波纹。

unity-water-linerenderer(from gamedevelopment)
我们将追踪每个节点的位置、速度和加速情况。为此，我们将会使用到阵列。所以在我们的类顶端将添加如下变量：
float[] xpositions;
float[] ypositions;
float[] velocities;
float[] accelerations;
LineRenderer Body;
LineRenderer将存储我们所有的节点，并概述我们的水体。我们仍需要水体本身，将使用Meshes来创造。我们将需要对象来托管这些网格。
GameObject[] meshobjects;
Mesh[] meshes;
我们还需要碰撞器以便事物可同水体互动：
GameObject[] colliders;
我们也存储了所有的常量：
const float springconstant = 0.02f;
const float damping = 0.04f;
const float spread = 0.05f;
const float z = -1f;
这些常量中的z是我们为水体设置的Z位移。我们将使用-1标注它，这样它就会呈现于我们的对象之前（游戏邦注：你可能想根据自己的需求将其调整为在对象之前或之后，那你就必须使用Z坐标来确定与之相关的精灵所在的位置）。
下一步，我们将保持一些值：
float baseheight;
float left;
float bottom;
这些就是水的维度。
我们将需要一些可以在编辑器中设置的公开变量。首先，我们将为水花使用粒子系统：
public GameObject splash:
接下来就是我们将用于线性渲染器的材料：
public Material mat:
此外，我们将为主要水体使用的网格类型如下：
public GameObject watermesh:
我们想要能够托管所有这些数据的游戏对象，令其作为管理器，产出我们游戏中的水体。为此，我们将编写SpawnWater()函数。
这个函数将采用水体左边、跑马度、顶点以及底部的输入：
public void SpawnWater(float Left, float Width, float Top, float Bottom)
{
（虽然这看似有所矛盾，但却有利于从左往右快速进行关卡设计）
创造节点
现在我们将找出自己需要多少节点：
int edgecount = Mathf.RoundToInt(Width) * 5;
int nodecount = edgecount + 1;
我们将针对每个单位宽度使用5个节点，以便呈现流畅的移动（你可以改变这一点以便平衡效率与流畅性）。我们由此可得到所有线段，然后需要在末端的节点 + 1。
我们要做的首件事就是以LineRenderer组件渲染水体：
Body = gameObject.AddComponent<LineRenderer>();
Body.material = mat;
Body.material.renderQueue = 1000;
Body.SetVertexCount(nodecount);
Body.SetWidth(0.1f, 0.1f);
我们在此还要做的是选择材料，并通过选择渲染队列中的位置而令其在水面之上渲染。我们设置正确的节点数据，将线段宽度设为0.1。
你可以根据自己所需的线段粗细来改变这一宽度。你可能注意到了SetWidth()需要两个参数，这是线段开始及末尾的宽度。我们希望该宽度恒定不变。
现在我们制作了节点，将初始化我们所有的顶级变量：
xpositions = new float[nodecount];
ypositions = new float[nodecount];
velocities = new float[nodecount];
accelerations = new float[nodecount];
meshobjects = new GameObject[edgecount];
meshes = new Mesh[edgecount];
colliders = new GameObject[edgecount];
baseheight = Top;
bottom = Bottom;
left = Left;
我们已经有了所有阵列，将控制我们的数据。
现在要设置我们阵列的值。我们将从节点开始：
for (int i = 0; i < nodecount; i++)
{
ypositions[i] = Top;
xpositions[i] = Left + Width * i / edgecount;
accelerations[i] = 0;
velocities[i] = 0;
Body.SetPosition(i, new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z));
}
在此，我们将所有Y位置设于水体之上，之后一起渐进增加所有节点。因为水面平静，我们的速度和加速值最初为0。
我们将把LineRenderer (Body)中的每个节点设为其正确的位置，以此完成这个循环。
创造网格
这正是它棘手的地方。
我们有自己的线段，但我们并没有水体本身。我们要使用网格来制作，如下所示：
for (int i = 0; i < edgecount; i++)
{
meshes[i] = new Mesh();
现在，网格存储了一系列变量。首个变量相当简单：它包含了所有顶点（或转角）。

unity-water-Firstmesh(from gamedevelopment)
该图表显示了我们所需的网格片段的样子。第一个片段中的顶点被标注出来了。我们总共需要4个顶点。
Vector3[] Vertices = new Vector3[4];
Vertices[0] = new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z);
Vertices[1] = new Vector3(xpositions[i + 1], ypositions[i + 1], z);
Vertices[2] = new Vector3(xpositions[i], bottom, z);
Vertices[3] = new Vector3(xpositions[i+1], bottom, z);
现在如你所见，顶点0处于左上角，1处于右上角，2是左下角，3是右下角。我们之后要记住。
网格所需的第二个性能就是UV。网格拥有纹理，UV会选择我们想撷取的那部分纹理。在这种情况下，我们只想要左上角，右上角，右下角和右下角的纹理。
Vector2[] UVs = new Vector2[4];
UVs[0] = new Vector2(0, 1);
UVs[1] = new Vector2(1, 1);
UVs[2] = new Vector2(0, 0);
UVs[3] = new Vector2(1, 0);
现在我们又需要这些数据了。网格是由三角形组成的，我们知道任何四边形都是由两个三角形组成的，所以现在我们需要告诉网格它如何绘制这些三角形。

unity-water-Tris(from gamedevelopment)
看看含有节点顺序标注的转角。三角形A连接节点0，1，以及3，三角形B连接节点3，2，1。因此我们想制作一个包含6个整数的阵列：
int[] tris = new int[6] { 0, 1, 3, 3, 2, 0 };
这就创造了我们的四边形。现在我们要设置网格的值。
meshes[i].vertices = Vertices;
meshes[i].uv = UVs;
meshes[i].triangles = tris;
现在我们已经有了自己的网格，但我们没有在场景是渲染它们的游戏对象。所以我们将从包括一个网格渲染器和筛网过滤器的watermesh预制件来创造它们。
meshobjects[i] = Instantiate(watermesh,Vector3.zero,Quaternion.identity) as GameObject;
meshobjects[i].GetComponent<MeshFilter>().mesh = meshes[i];
meshobjects[i].transform.parent = transform;
我们设置了网格，令其成为水体管理器的子项。
创造碰撞效果
现在我们还需要自己的碰撞器：
colliders[i] = new GameObject();
colliders[i].name = “Trigger”;
colliders[i].AddComponent<BoxCollider2D>();
colliders[i].transform.parent = transform;
colliders[i].transform.position = new Vector3(Left + Width * (i + 0.5f) / edgecount, Top – 0.5f, 0);
colliders[i].transform.localScale = new Vector3(Width / edgecount, 1, 1);
colliders[i].GetComponent<BoxCollider2D>().isTrigger = true;
colliders[i].AddComponent<WaterDetector>();
至此，我们制作了方形碰撞器，给它们一个名称，以便它们会在场景中显得更整洁一点，并且再次制作水体管理器的每个子项。我们将它们的位置设置于两个节点之点，设置好大小，并为其添加了WaterDetector类。
现在我们拥有自己的网格，我们需要一个函数随着水体移动进行更新：
void UpdateMeshes()
{
for (int i = 0; i < meshes.Length; i++)
{
Vector3[] Vertices = new Vector3[4];
Vertices[0] = new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z);
Vertices[1] = new Vector3(xpositions[i+1], ypositions[i+1], z);
Vertices[2] = new Vector3(xpositions[i], bottom, z);
Vertices[3] = new Vector3(xpositions[i+1], bottom, z);
meshes[i].vertices = Vertices;
}
}
你可能注意到了这个函数只使用了我们之前编写的代码。唯一的区别在于这次我们并不需要设置三角形的UV，因为这些仍然保持不变。
我们的下一步任务是让水体本身运行。我们将使用FixedUpdate()递增地来调整它们。
void FixedUpdate()
{
执行物理机制
首先，我们将把Hooke定律写Euler方法结合在一起找到新坐标、加速和速度。
Hooke定律是F=kx，这里的F是指由水流产生的力（记住，我们将把水体表面模拟为水流），k是指水流的常量，x则是位移。我们的位移将成为每个节点的y坐标减去节点的基本高度。
下一步，我们将添加一个与力的速度成比例的阻尼因素来削弱力。
for (int i = 0; i < xpositions.Length ; i++)
{
float force = springconstant * (ypositions[i] – baseheight) + velocities[i]*damping ;
accelerations[i] = -force;
ypositions[i] += velocities[i];
velocities[i] += accelerations[i];
Body.SetPosition(i, new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z));
}
Euler方法很简单，我们只要向速度添加加速，向每帧坐标增加速度。
注：我只是假设每个节点的质量为1，但你可能会想用：
accelerations[i] = -force/mass;
现在我们将创造波传播。以下节点是根据Michael Hoffman的教程调整而来的：
float[] leftDeltas = new float[xpositions.Length];
float[] rightDeltas = new float[xpositions.Length];
在此，我们要创造两个阵列。针对每个节点，我们将检查之前节点的高度，以及当前节点的高度，并将二者差别放入leftDeltas。
之后，我们将检查后续节点的高度与当前检查节点的高度，并将二者的差别放入rightDeltas（我们将乘以一个传播常量来增加所有值）。
for (int j = 0; j < 8; j++)
{
for (int i = 0; i < xpositions.Length; i++)
{
if (i > 0)
{
leftDeltas[i] = spread * (ypositions[i] – ypositions[i-1]);
velocities[i - 1] += leftDeltas[i];
}
if (i < xpositions.Length – 1)
{
rightDeltas[i] = spread * (ypositions[i] – ypositions[i + 1]);
velocities[i + 1] += rightDeltas[i];
}
}
}
当我们集齐所有的高度数据时，我们最后就可以派上用场了。我们无法查看到最右端的节点右侧，或者最大左端的节点左侧，因此基条件就是i > 0以及i < xpositions.Length – 1。
因此，要注意我们在一个循环中包含整片代码，并运行它8次。这是因为我们想以少量而多次的时间运行这一过程，而不是进行一次大型运算，因为这会削弱流动性。
添加水花
现在我们已经有了流动的水体，下一步就需要让它溅起水花！
为此，我们要增加一个称为Splash()的函数，它会检查水花的X坐标，以及它所击中的任何物体的速度。将其设置为公开状态，这样我们可以在之后的碰撞器中调用它。
public void Splash(float xpos, float velocity)
{
首先，我们应该确保特定的坐标位于我们水体的范围之内：
if (xpos >= xpositions[0] && xpos <= xpositions[xpositions.Length-1])
{
然后我们将调整xpos，让它出现在相对于水体起点的位置上：
xpos -= xpositions[0];
下一步，我们将找到它所接触的节点。我们可以这样计算：
int index = Mathf.RoundToInt((xpositions.Length-1)*(xpos / (xpositions[xpositions.Length-1] – xpositions[0])));
这就是它的运行方式：
1.我们选取相对于水体左侧边缘位置的水花位置(xpos)。
2.我们将相对于水体左侧边缘的的右侧位置进行划分。
3.这让我们知道了水花所在的位置。例如，位于水体四分之三处的水花的值就是0.75。
4.我们将把这一数字乘以边缘的数量，这就可以得到我们水花最接近的节点。
velocities[index] = velocity;
现在我们要设置击中水面的物体的速度，令其与节点速度一致，以样节点就会被该物体拖入深处。

Particle-System(from gamedevelopment)
注：你可以根据自己的需求改变这条线段。例如，你可以将其速度添加到当前速度，或者使用动量而非速度，并除以你节点的质量。
现在，我们想制作一个将产生水花的粒子系统。我们早点定义，将其称为“splash”。要确保不要让它与Splash()相混淆。
首先，我们要设置水花的参，以便调整物体的速度：
float lifetime = 0.93f + Mathf.Abs(velocity)*0.07f;
splash.GetComponent<ParticleSystem>().startSpeed = 8+2*Mathf.Pow(Mathf.Abs(velocity),0.5f);
splash.GetComponent<ParticleSystem>().startSpeed = 9 + 2 * Mathf.Pow(Mathf.Abs(velocity), 0.5f);
splash.GetComponent<ParticleSystem>().startLifetime = lifetime;
在此，我们要选取粒子，设置它们的生命周期，以免他们击中水面就快速消失，并且根据它们速度的直角设置速度（为小小的水花增加一个常量）。
你可能会看着代码心想，“为什么要两次设置startSpeed？”你这样想没有错，问题在于，我们使用一个起始速度设置为“两个常量间的随机数”这种粒子系统（Shuriken）。不幸的是，我们并没有太多以脚本访问Shuriken的途径 ，所以为了获得这一行为，我们必须两次设置这个值。