Unity3D 用反射与折射营造真实场景

2024-01-03 07:59:14

在 Unity3D 中利用反射和折射技术

在电子游戏开发中，真实感是决定玩家沉浸度的关键因素之一。物理效果，如反射和折射，在提升真实度方面发挥着至关重要的作用。Unity3D 提供了强大的工具和算法，可以让你轻松实现这些效果，为你的游戏增添一抹逼真之感。

反射

反射是指光线在遇到物体表面时反弹回来的现象。在 Unity3D 中，你可以使用 Cubemap 和 天空盒子 来模拟反射。

Cubemap 是一个由六张纹理组成的特殊纹理，代表了场景的各个方向（上、下、左、右、前、后）。当光线与一个表面交互时，Unity3D 会查找与该表面法线方向对应的 Cubemap 纹理，并将该纹理投射到表面上，从而创建逼真的反射。

天空盒子 是一个包围着场景的盒子，通常用于模拟天空或其他背景环境。你可以将 Cubemap 赋给天空盒子，这样光线在遇到场景中的任何表面时，都会反射天空盒子的纹理，产生更加逼真的环境反射。

菲涅耳反射

菲涅耳反射是一种部分反射、部分折射的特殊反射类型。它取决于光线的入射角和物体的折射率。入射角越大，菲涅耳反射的程度就越大。同样，折射率越高的物体，菲涅耳反射的程度也越大。

Unity3D 中的 菲涅耳反射节点 可以让你根据光线的入射角和物体的折射率计算菲涅耳反射的程度。你可以通过调整节点的参数来控制菲涅耳反射的强度，从而增强物体的真实感和质感。

折射

折射是指光线在从一种介质进入另一种介质时发生偏折的现象。折射的程度取决于光线的入射角和两种介质的折射率。入射角越大，折射的程度就越大。两种介质的折射率差越大，折射的程度也越大。

在 Unity3D 中，你可以使用 Snell's law 来计算光线的折射角度。Snell's law 是一个光线折射的公式，指出入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。

通过知道两种介质的折射率，你可以使用 Snell's law 来计算折射角度，从而模拟光线在不同介质之间的折射行为。

代码示例

以下是一个 C# 代码示例，演示了如何使用 Cubemap 实现反射：

using UnityEngine;

public class ReflectionExample : MonoBehaviour
{
    public Cubemap reflectionCubemap;
    public Renderer objectRenderer;

    private void Start()
    {
        objectRenderer.material.SetTexture("_ReflectionTex", reflectionCubemap);
    }
}

以下是一个 C# 代码示例，演示了如何使用菲涅耳反射节点：

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

public class FresnelReflectionExample : MonoBehaviour
{
    public float indexOfRefraction;
    public Renderer objectRenderer;

    private void Start()
    {
        Material objectMaterial = objectRenderer.material;
        objectMaterial.SetFloat("_IndexOfRefraction", indexOfRefraction);
        objectMaterial.SetFloat("_FresnelPower", 2f);
    }
}

以下是一个 C# 代码示例，演示了如何使用 Snell's law 计算折射角度：

using UnityEngine;

public class RefractionExample : MonoBehaviour
{
    public float indexOfRefraction1;
    public float indexOfRefraction2;
    public Vector3 incidentRayDirection;
    public Vector3 normal;

    public Vector3 CalculateRefractedRayDirection()
    {
        float eta = indexOfRefraction1 / indexOfRefraction2;
        float cosTheta1 = Vector3.Dot(incidentRayDirection, normal);
        float sin2Theta2 = eta * eta * (1 - cosTheta1 * cosTheta1);

        if (sin2Theta2 > 1)
            return Vector3.zero; // Total internal reflection

        float cosTheta2 = Mathf.Sqrt(1 - sin2Theta2);
        Vector3 refractedRayDirection = eta * incidentRayDirection - (eta * cosTheta1 + cosTheta2) * normal;
        return refractedRayDirection.normalized;
    }
}