水覆盖了地球超过 70% 的表面，与人类的日常活动息息相关。映射到虚拟世界，水也是重要的存在：

电影《阿凡达2：水之道》，展示了以水构筑的奇幻家园；

游戏《神秘海域4》则让玩家沉浸式感受清澈的海岛浅滩；

在虚拟仿真实验教学中，海洋作业、海洋动物研究等，都需要对海洋水体进行仿真模拟。

我们之所以能真实地“扎进”各种 3D 虚拟场景中，归功于水体渲染技术。出于不同的应用场景和氛围营造，对水体渲染的方法和技术要求不同，所以水体渲染一直都是“高要求，高挑战”。

松应 Orca Studio 3D 引擎，内置不同的水体渲染方法，可以灵活创作平静或汹涌的水，满足水体的多应用场景。

松应自研引擎 渲染效果

水之道：水体渲染技术

水体渲染是指模拟江河湖海等不同水体的特性，做出“看起来很像水”的效果。一直都是计算机图形学和游戏开发领域的核心难点之一。

水体渲染，一般包括波形模拟和水体着色两部分。

1. 波形模拟：

在水体渲染中，最核心的部分为波形的模拟技术，即如何模拟出逼真的水面波浪的流动变化。波形模拟，根据效果大致分为两种：

第一种：基于凹凸纹理贴图的“假波纹”

扰动参与光照计算的法向量，通过凹凸纹理贴图的连续移动，来模拟海浪的随机运动。几乎是实时水体渲染的必备贴图之一。

第二种：基于顶点动画在网格构成“真波浪”

“真波浪”方法众多，比如线性波形叠加、统计学模拟、物理模拟等。本文重点展示使用起来简单易行的线性波形叠加。即：累加不同的线性波形函数以构造波浪表面。

可以将其理解为波动现象在深水中引起水颗粒运动的一种解析解。

2. 水体着色：

水体着色的模拟方案，需要实现的效果比较复杂，包括：到达水面的光线除了在水体表面发生反射之外，还有部分光线进入水体内部，经过吸收和散射后再次从水体表面射出，即水体的次表面散射现象（Sub-Surface Scattering, SSS）。

这个过程涉及到了漫反射，镜面反射，法线贴图，折射等比较常见的技术，以及水体的通透感（Translucency），白沫（Foam/WhiteCap）等的渲染。

松应自研引擎方案：创造灵动的水

在攻克水体渲染的难题上，松应 Orca Studio 3D 引擎可以根据应用场景，以及性能要求的不同，提供不同的技术解决方案。

最终实现真实性、性能优越和创作便利三者的平衡。通过不同技术的选择或叠加，不仅呈现出真实的水体，还要释放性能，并且兼顾创作者能够直观便捷地调整渲染参数。

在创作相对平静的水面时，松应 Orca Studio 3D 引擎采用着色渲染和凹凸纹理贴图，在平面体现“假波纹”。

比如平静湖面或不太湍急的河流。因为波纹起伏不大，相对角色尺度较小，不易看到水体侧面穿帮，是一个极高性价比的方案。

需要创作波涛起伏的水面时，松应 Orca Studio 3D 引擎则采用线性波形叠加方法，模拟“真波浪”。主要采用的是业界主流的波形函数，包括正弦波（Sinusoids Wave）和 Gerstner 波 （Gerstner Wave）。

正弦波的特点是平滑，圆润，适合表达广阔的水域。Gerstner 波的特点是波峰尖锐，波谷宽阔，适合模拟海洋等较粗犷的水面。

松应 Orca Studio 3D 引擎，还可以将两种线性波形叠加混用，进行水体的仿真模拟：

 松应自研引擎–水体渲染技术：线性波形叠加

在水体着色的方面，松应 Orca Studio 3D 引擎具备反射、折射、焦散、透明等特性，达到真实、细腻的水体效果。

反射采用了透明表面的光线追踪反射，增强水面的倒影真实感。

  松应自研引擎–水体渲染技术：着色效果

最后，松应 Orca Studio 3D 引擎进行的水体渲染，在保证水体效果真实的同时，实现实时的动态渲染——动态呈现水面反射、水底焦散、起伏海波和透明度渐变等。

关于松应

松应 Orca Studio 3D 引擎＋智能协作平台，正在帮助个人或团队高效建模、实时渲染和协作，保证高帧率以实现流畅的创作体验。

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