Unity制作随风摇摆的植物

今天记录一下如何实现随风摇摆的植物，之前项目里面的植物摇摆实现是使用骨骼动画实现的，这种方式太消耗性能，植物这种东西没必要，直接使用顶点动画即可。

准备

植物不需要使用标准的PBR流程，基础的颜色贴图加上法向贴图即可，它不区分金属非金属，精致一些可以加一个粗糙度贴图和AO。
我使用的植物模型还区分了树干和树也，通过顶点色的alpha通道去区分，这样可以在一个材质里面使用两套贴图。

首先看一下资源：
贴图有一张flowmap用于处理顶点动画，一张基础色贴图，一张法向贴图
在这里插入图片描述
顶点色 R通道用于区分可以摆动的幅度的强弱，越靠近地面，摆动越弱，这个用于控制整个树木的大范围的摇动效果
在这里插入图片描述
G通道用于处理树叶的摆动幅度的强弱，越靠近树干，摆动越弱，这个用于控制树叶的摆动
在这里插入图片描述
这两个通道一起混合使用，用来实现顶点动画。
B通道没有内容
A通道用于区分树干和树叶 白色的是树干，黑色的是树叶
在这里插入图片描述

渲染实现

渲染使用ASE连连看连出来先
树叶是面片，需要双面渲染的，所以我们需要将剔除模式Cull 设置为OFF
在这里插入图片描述

树叶的形状我们使用树叶的alpha通道进行裁剪，所以需要使用透明检测
在这里插入图片描述
基础颜色，通过A通道进行lerp插值，将树叶和树干插值出来，还需要透明度进行透明裁剪
在这里插入图片描述
法向这里也是使用了相同的方式，lerp插值，但是注意，由于树叶使用了双面渲染，背面法向是错误的，我们需要将法向的Z轴进行翻转（Z轴在切线空间里面是和法向朝向平行的）
在这里插入图片描述

实现摆动

我们先通过最基础的跟随时间进行摆动，可以自定义方向
在这里插入图片描述
Sin函数使用后的曲线图是以下这样的
在这里插入图片描述
如果先乘以PI以后再Sin，效果就在1的数值内半个循环，更好的控制
在这里插入图片描述
接下来我们将树叶摆动也添加进来，这里是受到顶点色的G通道控制
在这里插入图片描述
这里我们使用的cos去运算，它刚好和sin隔开
在这里插入图片描述
实现这一部以后，我们实现了一个不错的摆动的效果，但是缺少了一些的随机性，最简单的方法就是添加一张扰动图，使用扰动图去扰动树叶，让树叶有更多的随机性，看起来更自然
下图为使用了扰动图实现的节点，也使用到了顶点动画的G通道控制树叶。
在这里插入图片描述
上面的方法还需要额外去采样一张图片，接下来我们使用一种程序化的方法，直接使用一个节点去实现扰动
在这里插入图片描述
这个节点是通过UE里面的方式翻译过来的，这里要着重感谢一些Kerry大佬。节点是在Shader Function里面，自行查阅
在这里插入图片描述
我们就可以通过调整参数去控制整个树干带着树枝和树叶偏移，还能模拟树叶的摆动，效果挺不错
在这里插入图片描述
最后附上ASE代码：

// Made with Amplify Shader Editor
// Available at the Unity Asset Store - http://u3d.as/y3X 
Shader "Scene_Tree"
{Properties{_Cutoff( "Mask Clip Value", Float ) = 0.5_BaseMap_Beaf("BaseMap_Beaf", 2D) = "white" {}_NormalMap_Beaf("NormalMap_Beaf", 2D) = "bump" {}_BaseMap_Branch("BaseMap_Branch", 2D) = "white" {}_NormalMap_Branch("NormalMap_Branch", 2D) = "bump" {}_Roughness("Roughness", Range( 0 , 1)) = 0.5_GlobalWindSpeed("GlobalWindSpeed", Float) = 1_GlobalWindIntensity("GlobalWindIntensity", Float) = 1_GlobalWindDirection("GlobalWindDirection", Vector) = (0,0,0,0)_SmallWindSpeed("SmallWindSpeed", Float) = 1_SmallWindIntensity("SmallWindIntensity", Float) = 1_SmallWindDirection("SmallWindDirection", Vector) = (0,0,1,0)[HideInInspector] _texcoord( "", 2D ) = "white" {}[HideInInspector] __dirty( "", Int ) = 1}SubShader{Tags{ "RenderType" = "Opaque"  "Queue" = "AlphaTest+0" "DisableBatching" = "True" }Cull OffCGINCLUDE#include "UnityPBSLighting.cginc"#include "UnityShaderVariables.cginc"#include "Lighting.cginc"#pragma target 3.0#pragma multi_compile_instancing#ifdef UNITY_PASS_SHADOWCASTER#undef INTERNAL_DATA#undef WorldReflectionVector#undef WorldNormalVector#define INTERNAL_DATA half3 internalSurfaceTtoW0; half3 internalSurfaceTtoW1; half3 internalSurfaceTtoW2;#define WorldReflectionVector(data,normal) reflect (data.worldRefl, half3(dot(data.internalSurfaceTtoW0,normal), dot(data.internalSurfaceTtoW1,normal), dot(data.internalSurfaceTtoW2,normal)))#define WorldNormalVector(data,normal) half3(dot(data.internalSurfaceTtoW0,normal), dot(data.internalSurfaceTtoW1,normal), dot(data.internalSurfaceTtoW2,normal))#endifstruct Input{float3 worldPos;float2 uv_texcoord;float4 vertexColor : COLOR;float3 worldNormal;INTERNAL_DATAhalf ASEVFace : VFACE;};struct SurfaceOutputCustomLightingCustom{half3 Albedo;half3 Normal;half3 Emission;half Metallic;half Smoothness;half Occlusion;half Alpha;Input SurfInput;UnityGIInput GIData;};uniform float _GlobalWindSpeed;uniform float _GlobalWindIntensity;uniform float3 _GlobalWindDirection;uniform float3 _SmallWindDirection;uniform float _SmallWindSpeed;uniform float _SmallWindIntensity;uniform sampler2D _BaseMap_Beaf;SamplerState sampler_BaseMap_Beaf;uniform float4 _BaseMap_Beaf_ST;uniform sampler2D _BaseMap_Branch;uniform float4 _BaseMap_Branch_ST;uniform sampler2D _NormalMap_Beaf;uniform float4 _NormalMap_Beaf_ST;SamplerState sampler_NormalMap_Beaf;uniform sampler2D _NormalMap_Branch;uniform float4 _NormalMap_Branch_ST;uniform float _Roughness;uniform float _Cutoff = 0.5;float3 RotateAroundAxis( float3 center, float3 original, float3 u, float angle ){original -= center;float C = cos( angle );float S = sin( angle );float t = 1 - C;float m00 = t * u.x * u.x + C;float m01 = t * u.x * u.y - S * u.z;float m02 = t * u.x * u.z + S * u.y;float m10 = t * u.x * u.y + S * u.z;float m11 = t * u.y * u.y + C;float m12 = t * u.y * u.z - S * u.x;float m20 = t * u.x * u.z - S * u.y;float m21 = t * u.y * u.z + S * u.x;float m22 = t * u.z * u.z + C;float3x3 finalMatrix = float3x3( m00, m01, m02, m10, m11, m12, m20, m21, m22 );return mul( finalMatrix, original ) + center;}void vertexDataFunc( inout appdata_full v, out Input o ){UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( Input, o );float temp_output_34_0 = ( ( _GlobalWindSpeed * _Time.y ) * UNITY_PI );float temp_output_42_0 = ( _GlobalWindIntensity * 0.1 );float3 temp_output_7_0_g2 = _SmallWindDirection;float3 RotateAxis34_g2 = cross( temp_output_7_0_g2 , float3(0,1,0) );float3 wind_direction31_g2 = temp_output_7_0_g2;float3 wind_speed40_g2 = ( ( _Time.y * _SmallWindSpeed ) * float3(0.5,-0.5,-0.5) );float3 ase_worldPos = mul( unity_ObjectToWorld, v.vertex );float3 temp_cast_0 = (1.0).xxx;float3 temp_output_22_0_g2 = abs( ( ( frac( ( ( ( wind_direction31_g2 * wind_speed40_g2 ) + ( ase_worldPos / 10.0 ) ) + 0.5 ) ) * 2.0 ) - temp_cast_0 ) );float3 temp_cast_1 = (3.0).xxx;float dotResult30_g2 = dot( ( ( temp_output_22_0_g2 * temp_output_22_0_g2 ) * ( temp_cast_1 - ( temp_output_22_0_g2 * 2.0 ) ) ) , wind_direction31_g2 );float BigTriangleWave42_g2 = dotResult30_g2;float3 temp_cast_2 = (1.0).xxx;float3 temp_output_59_0_g2 = abs( ( ( frac( ( ( wind_speed40_g2 + ( ase_worldPos / 2.0 ) ) + 0.5 ) ) * 2.0 ) - temp_cast_2 ) );float3 temp_cast_3 = (3.0).xxx;float SmallTriangleWave52_g2 = distance( ( ( temp_output_59_0_g2 * temp_output_59_0_g2 ) * ( temp_cast_3 - ( temp_output_59_0_g2 * 2.0 ) ) ) , float3(0,0,0) );float3 rotatedValue72_g2 = RotateAroundAxis( ( ase_worldPos - float3(0,0.1,0) ), ase_worldPos, normalize( RotateAxis34_g2 ), ( ( BigTriangleWave42_g2 + SmallTriangleWave52_g2 ) * ( 2.0 * UNITY_PI ) ) );float3 worldToObj81_g2 = mul( unity_WorldToObject, float4( rotatedValue72_g2, 1 ) ).xyz;float3 ase_vertex3Pos = v.vertex.xyz;float3 VertexOffset39 = ( ( ( ( sin( temp_output_34_0 ) * temp_output_42_0 ) * _GlobalWindDirection ) * v.color.r ) + ( v.color.g * ( _GlobalWindDirection * ( cos( temp_output_34_0 ) * temp_output_42_0 ) ) ) + ( v.color.g * ( worldToObj81_g2 - ase_vertex3Pos ) * _SmallWindIntensity ) );v.vertex.xyz += VertexOffset39;v.vertex.w = 1;}inline half4 LightingStandardCustomLighting( inout SurfaceOutputCustomLightingCustom s, half3 viewDir, UnityGI gi ){UnityGIInput data = s.GIData;Input i = s.SurfInput;half4 c = 0;float2 uv_BaseMap_Beaf = i.uv_texcoord * _BaseMap_Beaf_ST.xy + _BaseMap_Beaf_ST.zw;float4 tex2DNode3 = tex2D( _BaseMap_Beaf, uv_BaseMap_Beaf );float lerpResult24 = lerp( tex2DNode3.a , 1.0 , i.vertexColor.a);float Alpha22 = lerpResult24;SurfaceOutputStandard s2 = (SurfaceOutputStandard ) 0;float2 uv_BaseMap_Branch = i.uv_texcoord * _BaseMap_Branch_ST.xy + _BaseMap_Branch_ST.zw;float4 lerpResult6 = lerp( tex2DNode3 , tex2D( _BaseMap_Branch, uv_BaseMap_Branch ) , i.vertexColor.a);float4 BaseColor8 = lerpResult6;s2.Albedo = BaseColor8.rgb;float2 uv_NormalMap_Beaf = i.uv_texcoord * _NormalMap_Beaf_ST.xy + _NormalMap_Beaf_ST.zw;float3 tex2DNode10 = UnpackNormal( tex2D( _NormalMap_Beaf, uv_NormalMap_Beaf ) );float3 appendResult26 = (float3(tex2DNode10.r , tex2DNode10.g , -tex2DNode10.b));float3 switchResult25 = (((i.ASEVFace>0)?(tex2DNode10):(appendResult26)));float2 uv_NormalMap_Branch = i.uv_texcoord * _NormalMap_Branch_ST.xy + _NormalMap_Branch_ST.zw;float3 lerpResult12 = lerp( switchResult25 , UnpackNormal( tex2D( _NormalMap_Branch, uv_NormalMap_Branch ) ) , i.vertexColor.a);float3 Normal14 = lerpResult12;s2.Normal = WorldNormalVector( i , Normal14 );s2.Emission = float3( 0,0,0 );s2.Metallic = 0.0;s2.Smoothness = ( 1.0 - _Roughness );s2.Occlusion = 1.0;data.light = gi.light;UnityGI gi2 = gi;#ifdef UNITY_PASS_FORWARDBASEUnity_GlossyEnvironmentData g2 = UnityGlossyEnvironmentSetup( s2.Smoothness, data.worldViewDir, s2.Normal, float3(0,0,0));gi2 = UnityGlobalIllumination( data, s2.Occlusion, s2.Normal, g2 );#endiffloat3 surfResult2 = LightingStandard ( s2, viewDir, gi2 ).rgb;surfResult2 += s2.Emission;#ifdef UNITY_PASS_FORWARDADD//2surfResult2 -= s2.Emission;#endif//2c.rgb = surfResult2;c.a = 1;clip( Alpha22 - _Cutoff );return c;}inline void LightingStandardCustomLighting_GI( inout SurfaceOutputCustomLightingCustom s, UnityGIInput data, inout UnityGI gi ){s.GIData = data;}void surf( Input i , inout SurfaceOutputCustomLightingCustom o ){o.SurfInput = i;o.Normal = float3(0,0,1);}ENDCGCGPROGRAM#pragma surface surf StandardCustomLighting keepalpha fullforwardshadows vertex:vertexDataFunc ENDCGPass{Name "ShadowCaster"Tags{ "LightMode" = "ShadowCaster" }ZWrite OnCGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#pragma target 3.0#pragma multi_compile_shadowcaster#pragma multi_compile UNITY_PASS_SHADOWCASTER#pragma skip_variants FOG_LINEAR FOG_EXP FOG_EXP2#include "HLSLSupport.cginc"#if ( SHADER_API_D3D11 || SHADER_API_GLCORE || SHADER_API_GLES || SHADER_API_GLES3 || SHADER_API_METAL || SHADER_API_VULKAN )#define CAN_SKIP_VPOS#endif#include "UnityCG.cginc"#include "Lighting.cginc"#include "UnityPBSLighting.cginc"struct v2f{V2F_SHADOW_CASTER;float2 customPack1 : TEXCOORD1;float4 tSpace0 : TEXCOORD2;float4 tSpace1 : TEXCOORD3;float4 tSpace2 : TEXCOORD4;half4 color : COLOR0;UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_IDUNITY_VERTEX_OUTPUT_STEREO};v2f vert( appdata_full v ){v2f o;UNITY_SETUP_INSTANCE_ID( v );UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( v2f, o );UNITY_INITIALIZE_VERTEX_OUTPUT_STEREO( o );UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID( v, o );Input customInputData;vertexDataFunc( v, customInputData );float3 worldPos = mul( unity_ObjectToWorld, v.vertex ).xyz;half3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal( v.normal );half3 worldTangent = UnityObjectToWorldDir( v.tangent.xyz );half tangentSign = v.tangent.w * unity_WorldTransformParams.w;half3 worldBinormal = cross( worldNormal, worldTangent ) * tangentSign;o.tSpace0 = float4( worldTangent.x, worldBinormal.x, worldNormal.x, worldPos.x );o.tSpace1 = float4( worldTangent.y, worldBinormal.y, worldNormal.y, worldPos.y );o.tSpace2 = float4( worldTangent.z, worldBinormal.z, worldNormal.z, worldPos.z );o.customPack1.xy = customInputData.uv_texcoord;o.customPack1.xy = v.texcoord;TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET( o )o.color = v.color;return o;}half4 frag( v2f IN#if !defined( CAN_SKIP_VPOS ), UNITY_VPOS_TYPE vpos : VPOS#endif) : SV_Target{UNITY_SETUP_INSTANCE_ID( IN );Input surfIN;UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( Input, surfIN );surfIN.uv_texcoord = IN.customPack1.xy;float3 worldPos = float3( IN.tSpace0.w, IN.tSpace1.w, IN.tSpace2.w );half3 worldViewDir = normalize( UnityWorldSpaceViewDir( worldPos ) );surfIN.worldPos = worldPos;surfIN.worldNormal = float3( IN.tSpace0.z, IN.tSpace1.z, IN.tSpace2.z );surfIN.internalSurfaceTtoW0 = IN.tSpace0.xyz;surfIN.internalSurfaceTtoW1 = IN.tSpace1.xyz;surfIN.internalSurfaceTtoW2 = IN.tSpace2.xyz;surfIN.vertexColor = IN.color;SurfaceOutputCustomLightingCustom o;UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( SurfaceOutputCustomLightingCustom, o )surf( surfIN, o );UnityGI gi;UNITY_INITIALIZE_OUTPUT( UnityGI, gi );o.Alpha = LightingStandardCustomLighting( o, worldViewDir, gi ).a;#if defined( CAN_SKIP_VPOS )float2 vpos = IN.pos;#endifSHADOW_CASTER_FRAGMENT( IN )}ENDCG}}Fallback "Diffuse"CustomEditor "ASEMaterialInspector"
}
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