OpenGL shader实现水波纹特效

不上代码，先上两图，看看效果。

1.数学方法及原理

这些就是高中的数学知识

波的实现

三角函数 f(x) = a * sin(x * b + c) + d 。系数a控制振幅 系数b控制周期|频率 系数c 控制x轴方向位移 系数d控制控制y轴方向位移

半径随着时间扩大

radius = time * speed

采样点到鼠标点的距离就是圆的半径

distance = length(positionHit - positionSample)

转换成空间方程。嗯，很合理。

h = a * sin(distance * b + radius)  + d

振幅衰减

1）随着时间的衰减

A(time) = h / (k1 / time)

2）随着半径的扩大而衰减

B(radius) = h  / (radius * k2)^2

=> g(x) = f(x) /  (k1 / time) / (radius * k2)^2

最后波的叠加，在波的强度较小的时候适用

s(h0...hn) = g(h0) + g(h1) + ... + g(hn)

可以知道，有了鼠标点击位置，跟时间点。完全可以绘制水波

2.实现的过程步骤

我所用到的是OpenGL 图形API，此外还有DX Mental还有最新的Vulkan。这些都是用GPU渲染的，原理都差不多。所谓着色器 shader，不过就是跑在GPU上的一段程序而已。CPU渲染太耗时间，不作考虑。

主要步骤：

1.渲染水波

完成了，其实渲染水波纹，只要调节好参数，就能够看到不错的效果了。选择在顶点着色器实现，像素着色器分辨率越高，开销越大。

不过要想实现水波的折射就要用到

2.折射后采样

但是折射，是需要法线的。

法线哪里来

1）用几何着色器，计算三角面的法线。这样产生的法线不是平滑的。

2）直接在顶点着色器中算另外四个点（上，下，左，右）的位置，然后算法线向量。

3）使用产生的波形图的高度，直接采样附近的四个点（上，下，左，右），计算法线。

本来我是想合并成一步的，使用方案2一次过渲染完成。在顶点着色器计算网格的波形，然后计算点附件的高度但是会产生没有必要的运算。

考虑过后，我选择方案3，这样就需要渲染两次。第一次渲染高度图，第二次渲染折射后的背景。需要用到FBO帧缓存对象

渲染步骤

初始化（高度网格，显示网格，着色器，帧缓存对象）

切换渲染到纹理的帧缓存对象

存下鼠标点击的位置，时间点。这里我用vec3(x,y,time)数组传给着色器，渲染水波。

切换回默认的帧缓存对象，渲染到屏幕

指定折射着色器所用的纹理（水波高度纹理，背景纹理）。

到此就完成了啦！是不是很简单！

用到的跟OpenGL的东西也不多，VBO，纹理，FBO，着色器。很快就可以掌握了哦。

相关代码C#源码

抛砖引玉，希望能提起读着对图形学的兴趣。不小心押了韵，哈哈