6.5 完整案例：顶点动画与水面波动

6.5 完整案例：顶点动画与水面波动

本节摘要：本案例用顶点阶段的正弦叠加让平面网格起伏成水面，配合法线扰动与光滑度做出波光，再用距离与时间控制泡沫线。这是 Vertex 块第一次当主角，案例同时交代顶点动画的网格密度前提与阴影保真问题。

案例背景与路线确认

需求是一块二十乘二十米的主角池塘：近距离有起伏，岸边有随波涌动的泡沫线，水面反光要"活"。技术路线确认三件事：起伏在顶点阶段做（Position 端口，1.3 节的两阶段分工在此兑现）；波光在片元阶段做法线扰动与光滑度；泡沫线用世界高度加时间的阈值切割（Step 的又一胜场）。

动手前有一个硬前提要先解决：顶点动画吃网格密度。默认立方体的六个面每面只有两个三角形，顶点稀疏到正弦波根本"没地方弯"。正确做法是用 Unity 自带平面（Plane）并把网格密度调高——20 乘 20 的分段在手机上是可接受规模，PC 可以到 64 乘 64。记住这个前提，它能解释日后"顶点动画怎么不动"的一大半案例。

骨架版：双正弦起伏

新建 Unlit 图（水面后期会升级 Lit，先用 Unlit 看形状）。节点链：Position 节点（Object 空间）接 Split 拆出 X 与 Z（水面沿水平两轴起伏，Y 是波高）；X 与 Z 各自与 Time 的 Sine Time 相加（Add），接 Sine 节点取正弦——注意这里用的是"对坐标加时间取正弦"的结构，波长与相位就藏在坐标系数里；两路正弦相加后乘波高属性 WaveHeight（默认 0.1），再加回原 Position 的 Y 分量（Add），合成新的三维位置接顶点块的 Position 端口。

保存后预览：平面像布料一样平缓起伏。调两个参数找感觉：WaveHeight 拉到 0.3 是惊涛，降到 0.02 是涟漪；想改波长，在 X 与 Z 进 Sine 之前各乘一个频率系数（做成属性 WaveFreq）——系数越大波越密。

图：双正弦叠加的水面顶点动画结构

完整版：波光、泡沫与阴影

形状对了再上质感，三个升级动作。升级一：换 Lit 图——水面要有反光才有"水"的认证：复制图改成 Lit 类型，Smoothness 拉到 0.9 以上，Base Color 接深蓝到青的渐变（按视角深度或简单常量起步）。升级二：法线扰动——把 4.3 节的滚动 UV 接一张法线噪声贴图的采样，输出接到 Lit 图的 Normal 端口（空间选 Tangent），反光碎成粼粼波光；两层不同速度、不同方向的法线叠加，波光的层次立刻出来——6.4 节结尾预告的"视差手法"在这里再次生效。升级三：岸边泡沫——Position（World 空间）的 Y 分量与时间驱动的阈值比较：Step(Sine Time 乘幅度加基准线, 世界 Y) 生成一条随水位涨落、边缘被噪声打散的白色泡沫带，用 Lerp 混进 Base Color。泡沫的"随波涌动"来自阈值随时间摆动，泡沫的"破碎感"来自噪声扰动坐标——两个旧零件各司其职。

阴影问题要单独交代：顶点动画改变了几何形状，但投影阴影默认仍按原始几何生成，起伏的水面投下的影子是"平的"。小池塘看不出，大湖会穿帮。URP 下的轻量对策是接受它（水面阴影本来就弱），或关闭水面投影只保留受影——阴影保真是顶点动画的知名遗留问题，知道成因与取舍即可，本册不展开管线级方案。

变式与解读

解读成本结构：本案例的顶点计算量随网格密度线性涨（两路正弦加四次乘加，每顶点十几次运算），片元侧的账在 Lit 升级后主要是两次法线采样。手机上二十乘二十网格加双法线是舒适区，PC 上翻倍也稳。变式一：熔岩——同一套起伏，颜色换黑红渐变，波光换 Emission 辉光，泡沫线换裂纹亮线（Voronoi 出场）。变式二：能量场——WaveHeight 加大到 0.5、频率拉高、颜色半透明加全息式闪烁，护盾波动就是这么来的。变式三：旗帜——只在 X 方向保留一路正弦、振幅随高度递增（乘 UV 的 V），布料飘动的最小实现。

💡 顶点动画的调试技巧：看不清波形时把 WaveHeight 临时拉到夸张值（比如 2），形状问题一目了然，调好再收回来——先放大再收敛，比在小数值里猜快得多。

波形观察的小工具

调波形参数时肉眼观察起伏太慢，推荐一个土制波形仪：把水面图复制一份，顶点动画链原样接好，但把最终的波高输出同时引到 Base Color（灰度直显）——平面上每点的亮度就是波高，波纹形状一览无余，频率、振幅、叠加干涉全部可视化。调参在这个视图里进行，调好再把颜色链路换回来。一图两用，二十秒的搭建换十倍的调参效率。

问题：水面起伏在阴影里看起来不对劲？

阴影区的光照计算被简化，法线扰动的波光在阴影里几乎消失，观感上"阴影里的水是死的"。这是光照管线的正常行为而非 bug。缓解思路：阴影强度调低让水面少进全阴影；或接受差异——真实水面在阴影里的反光本来也弱。大场面项目会有专门的方案（如按需开关水面的阴影接收），学习阶段知道成因即可。

与溶解案例的技能对照

把本章两大案例的技能结构对照一遍，你会发现它们共享同一套底层能力：溶解的距离场与水面的泡沫阈值都是"数值切割"（Step 与 Smoothstep）；溶解的噪声与水面的法线扰动都是"随机场"（6.3 节）；两者的驱动都来自 Time 与属性的组合。案例不同，零件相同——这正是本书反复强调"节点族是弹药库"的原因：学透一打函数，案例只是排列组合。

本节要点回顾

• 网格密度是前提：顶点稀疏则波形无从谈起，Plane 起步二十乘二十。
• 坐标加时间取正弦：波长藏频率系数、波高乘属性，双路叠加成交错波。
• 质感靠法线扰动：Lit 加双速法线滚动，波光即成；泡沫靠阈值摆动加噪声。
• 阴影按原几何：顶点动画的投影默认失真，小水面可接受，大场面要取舍。

第 6 章收尾，全书的案例体系（描边、全息、溶解、水面）就此齐装。下一章把这些成果收进"仓库"：Sub Graph 封装、Custom Function 与 HLSL 的边界、关键字变体——工程化的三件套。