最终效果

本教程要实现的最终效果如下:

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

设置水管理器

第一步就是使用Unity的线段渲染器(Line Renderer)和一些节点来实现水浪的形状。如下图:

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

然后还要跟踪所有节点的位置、速度及加速度。这些信息使用数组来存储,在类的最上面添加以下代码:

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float[]
xpositions;
float[]
ypositions;
float[]
velocities;
float[]
accelerations;
LineRenderer
Body;

LineRenderer用来保存所有节点及水体的轮廓。接下来使用网格来实现水体,还需创建游戏对象来使用这些网格。添加以下代码:

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GameObject[]
meshobjects;
Mesh[]
meshes;

为了让物体可以与水交互,还需为每个游戏对象添加碰撞器:

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GameObject[]
colliders;

还要定义一些常量:

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constfloat

springconstant = 0.02f;
constfloat

damping = 0.04f;
constfloat

spread = 0.05f;
constfloat

z = -1f;

前三个常量用来控制水流速度、衰减度及传播速度,最后的z值用于控制水体的显示层次,这里设为-1表示会显示在对象前面。大家也可根据自己的需求进行调整。



还要设置一些值:

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floatbaseheight;
floatleft;
floatbottom;

这三个变量定义了水的维度。



还要定义一些可以在编辑器中修改的公共变量,首先是制作水波四溅效果所需的粒子系统:

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publicGameObject
splash:

接下来是用于Line Renderer的材质:

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publicMaterial
mat:

还有用于模拟水体的网格:

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publicGameObject
watermesh:

这些资源均可在工程中获取。另外还需要一个管理器,保存所有数据并在游戏过程中生成水体。下面创建SpwanWater()函数来实现该功能。



该函数的参数分别为水体四周的边长:

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publicvoid

SpawnWater(
floatLeft,
floatWidth,
floatTop,
floatBottom)
{}

创建节点

下面决定总共需要的节点数量:

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intedgecount
= Mathf.RoundToInt(Width) * 5;
intnodecount
= edgecount + 1;

这里对每单位宽度的水体使用5个节点,让整个水体运动看起来更平滑。你也可以自己权衡性能与平滑效果来选择合适的节点数量。这样就能得到所有的边数了,顶点数在此基础上加1。



下面使用LineRenderer组件来渲染水体:

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Body
= gameObject.AddComponent<LineRenderer>();
Body.material
= mat;
Body.material.renderQueue
= 1000;
Body.SetVertexCount(nodecount);
Body.SetWidth(0.1f,
0.1f);

同时这里还通过渲染队列将材质的渲染顺序设为比水体更高。设置了节点总数,并将线段宽度设为0.1。



你也可以自己设置线段宽度,SetWidth()函数有两个参数,分别是线段的起始宽度和结束宽度,设为一样就表示线段宽度固定。



节点创建好后初始化上面声明的变量:

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positions
=
newfloat[nodecount];
ypositions
=
newfloat[nodecount];
velocities
=
newfloat[nodecount];
accelerations
=
newfloat[nodecount];
  
meshobjects
=
newGameObject[edgecount];
meshes
=
newMesh[edgecount];
colliders
=
newGameObject[edgecount];
  
baseheight
= Top;
bottom
= Bottom;
left
= Left;

现在所有的数组都初始化好,也拿到了所需的数据。下面就为各数组赋值,从节点开始:

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for(inti
= 0; i < nodecount; i++)
{
    ypositions[i]
= Top;
    xpositions[i]
= Left + Width * i / edgecount;
    accelerations[i]
= 0;
    velocities[i]
= 0;
    Body.SetPosition(i,newVector3(xpositions[i],
ypositions[i], z));
}

将所有的y坐标设为水体上方,让水体各部分紧密排列。速度和加速度都为0表示水体是静止的。



循环结束后就通过LineRenderer将各节点设置到正确的位置。



创建网格

现在有了水波线段,下面就使用网格来实现水体。先添加以下代码:

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for(inti
= 0; i < edgecount; i++)
{
    meshes[i]
=
newMesh();
}

网格中也保存了一堆变量,第一个就是所有的顶点。

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

上图展示了网格片段的理想显示效果。第一个片段的顶点高亮显示,共有4个。

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Vector3[]
Vertices =
newVector3[4];
Vertices[0]
=
newVector3(xpositions[i],
ypositions[i], z);
Vertices[1]
=
newVector3(xpositions[i
+ 1], ypositions[i + 1], z);
Vertices[2]
=
newVector3(xpositions[i],
bottom, z);
Vertices[3]
=
newVector3(xpositions[i+1],
bottom, z);

数组的四个元素按顺序分别表示左上角、右上角、左下角和右下角的顶点位置。



网格所需的第二个数据就是UV坐标。UV坐标决定了网格用到的纹理部分。这里简单的使用纹理左上角、右上角、左下角及右下角的部分作为网格显示内容。

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Vector2[]
UVs =
newVector2[4];
UVs[0]
=
newVector2(0,
1);
UVs[1]
=
newVector2(1,
1);
UVs[2]
=
newVector2(0,
0);
UVs[3]
=
newVector2(1,
0);

现在需要用到之前定义的数据。网格是由三角形组成的,而一个四边形可由两个三角形组成,所以这里要告诉网格如何绘制三角形。

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

按节点顺序观察各角,三角形A由节点0、1、3组成,三角形B由节点3、2、0组成。所以定义一个顶点索引数组顺序包含这些索引:

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int[]
tris =
newint[6]
{ 0, 1, 3, 3, 2, 0 };

四边形定义好了,下面来设置网格数据。

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meshes[i].vertices
= Vertices;
meshes[i].uv
= UVs;
meshes[i].triangles
= tris;

网格设置好了,还需添加游戏对象将其渲染到场景中。利用工程中的watermesh预制创建游戏对象,其中包含Mesh Renderer和Mesh Filter 组件。

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meshobjects[i]
= Instantiate(watermesh,Vector3.zero,Quaternion.identity)
asGameObject;
meshobjects[i].GetComponent<MeshFilter>().mesh
= meshes[i];
meshobjects[i].transform.parent
= transform;

将网格对象设为水管理器的子对象以便于管理。



创建碰撞器

下面添加碰撞器:

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colliders[i]
=
newGameObject();
colliders[i].name
=
"Trigger";
colliders[i].AddComponent<BoxCollider2D>();
colliders[i].transform.parent
= transform;
colliders[i].transform.position
=
newVector3(Left
+ Width * (i + 0.5f) / edgecount, Top - 0.5f, 0);
colliders[i].transform.localScale
=
newVector3(Width
/ edgecount, 1, 1);
colliders[i].GetComponent<BoxCollider2D>().isTrigger
=
true;
colliders[i].AddComponent<WaterDetector>();

添加盒状碰撞器并统一命名以便于管理,同样将其设为管理器子对象。将碰撞器坐标设为节点中间,设置好大小并添加WaterDetector类。



下面添加函数来控制水体网格的移动:

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voidUpdateMeshes()
    {
        for(inti
= 0; i < meshes.Length; i++)
        {
  
            Vector3[]
Vertices =
newVector3[4];
            Vertices[0]
=
newVector3(xpositions[i],
ypositions[i], z);
            Vertices[1]
=
newVector3(xpositions[i+1],
ypositions[i+1], z);
            Vertices[2]
=
newVector3(xpositions[i],
bottom, z);
            Vertices[3]
=
newVector3(xpositions[i+1],
bottom, z);
  
            meshes[i].vertices
= Vertices;
        }
    }

该函数与上面的几乎一样,只是不需再设置三角形和UV。



下一步是在FixedUpdate()函数中添加物理特性让水体可以自行流动。

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voidFixedUpdate()
{}

添加物理特性

首先是结合胡克定律和欧拉方法获取水体新的坐标、加速度及速度。



胡克定律即 F = kx,F是指由水浪产生的力(这里的水体模型就是由一排水浪组成),k指水体强度系数,x是偏移距离。这里的偏移距离就是各节点的y坐标减去节点的基本高度。



接下来添加一个与速度成比例的阻尼因子形成水面的阻力。

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for(inti
= 0; i < xpositions.Length ; i++)
        {
            floatforce
= springconstant * (ypositions[i] - baseheight) + velocities[i]*damping ;
            accelerations[i]
= -force;
            ypositions[i]
+= velocities[i];
            velocities[i]
+= accelerations[i];
            Body.SetPosition(i,newVector3(xpositions[i],
ypositions[i], z));
        }

欧拉方法很简单,就是在每帧用加速度更新速度然后用速度更新位置。



注意这里每个节点的作用力原子数量为1,你也可以改为其它值,这样加速度就是:

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accelerations[i]
= -force/mass;

下面实现水浪的传播效果。

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float[]
leftDeltas =
newfloat[xpositions.Length];
float[]
rightDeltas =
newfloat[xpositions.Length];

这里创建了两个数组,对于每个节点,都要对比前一个节点与当前节点的高度差并将差值存入leftDeltas。



然后还要比较后一个节点与当前节点的高度差并将差值存入rightDeltas。还需将所有的差值乘以传播速度常量。

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for(intj
= 0; j < 8; j++)
{
    for(inti
= 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];
        }
    }
}

可以根据高度差立即改变速度,但此时只需保存坐标差即可。如果立即改变第一个节点的坐标,同时再去计算第二个节点时第一个坐标已经移动了,这样会影响到后面所有节点的计算。

[C#] 纯文本查看 复制代码
for(inti
= 0; i < xpositions.Length; i++)
{
    if(i
> 0)
    {
        ypositions[i-1]
+= leftDeltas[i];
    }
    if(i
< xpositions.Length - 1)
    {
        ypositions[i
+ 1] += rightDeltas[i];
    }
}

到此就获得了所有的高度数据,可以应用到最终效果了。由于最左与最右的节点不会动,所以需要改变坐标是第一个至倒数第二个节点。



这里将所有代码放在一个循环,共运行八次。这样做的目的是希望多次运行但计算量小,而非计算量过大从而导致效果不够流畅。



添加水波飞溅的效果

现在已经实现了水的流动,下面来实现水波飞溅的效果。添加函数Splash()用于检测水波的x坐标及入水物体接触水面时的速度。将该函数设为公有的以供后续的碰撞器调用。

[C#] 纯文本查看 复制代码
publicvoid

Splash(
floatxpos,
floatvelocity)
{}

首先需要确定水波飞溅的位置是在水体范围内:

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if(xpos
>= xpositions[0] && xpos <= xpositions[xpositions.Length-1])
{}

然后改变水波的x坐标以获取飞溅位置与水体起始位置间的相对坐标:

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expos
-= xpositions[0];

然后找到落水物体碰撞的节点。计算方法如下:

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intindex
= Mathf.RoundToInt((xpositions.Length-1)*(xpos / (xpositions[xpositions.Length-1] - xpositions[0])));

步骤如下:

首先获取飞溅位置与水体左边界的坐标差(xpos)。



然后将该差值除以水体宽度。



这样就得到了飞溅发生位置的分数,例如飞溅发生在水体宽度的3/4处就会返回0.75。



将该分数乘以边数后取整,就得到了离飞溅位置最近的节点索引。

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velocities[index]
= velocity;

下面将入水物体的速度赋给该物体所碰撞的节点,这样节点会被物体压入水体。



注意:你可以按自己的需求来更改上面的代码。例如,你可以将节点速度与物体速度相加,或者使用动量除以节点的作用原子数量而非直接使用速度。

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

下面实现产生水花的粒子系统。将该对象命名为“splash”,别跟Splash()搞混了,后者是一个函数。



首先,我们需要设置飞溅的参数,这个参数是受撞击物体的速度影响的。

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floatlifetime
= 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;

这里已经设置了粒子系统,并设定好生命周期,以免在物体撞击水面后粒子消失过早,并将粒子速度设置为撞击速度的立方(加上一个常数,这样较小力度的飞溅也会有效果)。



上面设置两次startSpeed的原因是,这里使用Shuriken来实现的粒子系统,它设定粒子的起始速度是两个随机常量之间,但我们通过脚本无法操作Shuriken中的更多内容,所以这里设置两次startSpeed。



下面增加的几行代码可能不是必须的:

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Vector3
position =
newVector3(xpositions[index],ypositions[index]-0.35f,5);
Quaternion
rotation = Quaternion.LookRotation(
newVector3(xpositions[Mathf.FloorToInt(xpositions.Length
/ 2)], baseheight + 8, 5) - position);

Shuriken粒子在与物体碰撞后不会立即被摧毁,所以要确保粒子不会显示在物体前方,有两种办法:



1.将它们固定在背景上,例如将其坐标的z值设为5。



2.让粒子系统总是朝向水体中心,这样就不会飞溅到边缘以外。



第二行代码获取坐标中点,稍微上移,并让粒子发射器指向该点。如果你的水体够宽,就不需要进行该设置。如果你的水体是室内游泳池就需要用到该脚本。

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GameObject
splish = Instantiate(splash,position,rotation)
asGameObject;
Destroy(splish,
lifetime+0.3f);

现在添加了飞溅对象,该对象会在粒子被摧毁后一段时间再消失,因为粒子系统发射了大量爆裂的粒子,所以粒子消失所需时间至少是Time.time + lifetime,最后的爆裂的粒子甚至需要更久。



碰撞检测

最后还需对物体进行碰撞检测,之前为所有的碰撞器都添加了WaterDetector脚本,在该脚本中添加下面的函数:

[C#] 纯文本查看 复制代码
voidOnTriggerEnter2D(Collider2D
Hit)
{}

在OnTriggerEnter2D()中实现2D Rigid Body与水体碰撞产生的效果。传入Collider2D类型的参数可获取更多关于碰撞物体的信息。需要该物体带有Rigidbody2D组件:

[C#] 纯文本查看 复制代码
if(Hit.rigidbody2D
!=
null)
{
      transform.parent.GetComponent<Water>().Splash(transform.position.x,
Hit.rigidbody2D.velocity.y*Hit.rigidbody2D.mass / 40f);
    }
}

所有碰撞器都是water manager的子对象。所以直接从碰撞器父节点获取Water组件并调用Splash()函数。如果希望物理效果更精确,可以使用动量而非速度。注意在这里也该为对应的属性即可。如果要获取物体动量,就将其速度乘以mass。如果只用速度,就将代码中的mass删掉。



在Start()函数中调用SpawnWater():

[C#] 纯文本查看 复制代码
voidStart()
{
    SpawnWater(-10,20,0,-10);
}

到此就完成了,所有带有rigidbody2D和碰撞器的物体都可以撞击水面并产生水波飞溅的效果,并且水波也会正常流动。

使用Unity实现动态2D水效果-LMLPHP

加分练习

在SpawnWater()函数中添加以下代码:

[C#] 纯文本查看 复制代码
gameObject.AddComponent<BoxCollider2D>();
gameObject.GetComponent<BoxCollider2D>().center
=
newVector2(Left
+ Width / 2, (Top + Bottom) / 2);
gameObject.GetComponent<BoxCollider2D>().size
=
newVector2(Width,
Top - Bottom);
gameObject.GetComponent<BoxCollider2D>().isTrigger
=
true;

上面的代码就是为水体添加碰撞器,然后利用本教程学到的知识就可以让物体在水中漂流。



添加OnTriggerStay2D()函数同样带有一个Collider2D类型的参数,用与之前一样的方式检测物体的作用力原子数量,然后为rigidbody2D添加力或速度让物体漂流在水中。



总结

本教程主要教大家使用Unity 2D模拟简单的2D水效果,用到了一点简单的物理知识以及Line Renderer、Mesh Renderer、触发器和粒子。教程不难,但理论知识都是适用的,希望大家发挥自己的想象力将其用到实际项目中。



原文链接:http://gamedevelopment.tutsplus.
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原文作者:Alex Rose

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