介绍下Unity做流体物理的几个轮子

c0d3n4m · 发表于 2023-2-28 09:54

本来我是想搞下3D流体的渲染的（2D的实在没啥可说的），看的是这篇GPU Gems Chapter 7. Point-Based Visualization of Metaballs on a GPU
看是看明白了，但这个复杂度稍微有点超出预期（难度可以算是2D的一百倍了吧），而且要看效果至少得先搞个3D流体物体引擎来生成基本的数据，就去Unity商店查了下，看有没有已经引入的Flex库。
结果是有的：

不仅有，而且……

这是一篇关于屏幕空间流体渲染的paper
所以还是别重新造轮子了，需要的时候直接用就好了，虽然那个时刻可能一生都不会到来。

上面这个Flex是用于3D流体物理的，而对应的2D流体物理则是谷歌的Liquidfun，Unity商店没找到，但是在外面的盗版站搜到了。
https://pan.baidu.com/s/1pK9A0T9

内部实现就是Liquidfun

也提供了metaball实现（虽然2D的metaball实在没啥可说的）

half4 frag (v2f i) : COLOR
{
      half4 texcol,finalColor;
      finalColor = tex2D (_MainTex, i.uv);

if(finalColor.a < _botmcut)
{
finalColor.a = 0;
}
else
{
finalColor.a *= _constant;
}

      return finalColor;
}原理就是按透明度阈值discard掉阈值外的像素，圆片的实际范围会比显示的多探一部分出去，两个圆片探出来的部分叠在一起，透明度就会超过阈值变得能够显示，看起来两个水滴就会粘连在一起了，而不是相互独立的圆。

但是3D水不能只考虑密度，还要考虑法线。且3D空间里密度也不能简单Blend实现叠加，3D空间同时也会因为纹理的大小限制而不能像2D空间这么铺张浪费，导致算法变得完全不同。2D水渲染是看起来复杂实际上很简单的例子，而3D水渲染恐怕就是看起来复杂实际上更复杂的例子了。

不过令我比较意外的是，Liquidfun里面大部分示例都没有用metaball技术，而是直接用AlphaBlend将全部粒子绘制上去的。它使用了大小接近像素的粒子，然后根据物理计算出来的流体密度来直接给粒子着色（水面和泡沫密度低所以是白色的，水底密度高所以是深色的），已经可以得到足够理想的结果。

仔细想想和metaball根据透明度重映射差不多，它只是把累计密度的部分直接放到了物理上处理，然后往屏幕上直接画点罢了。
它最后的这个weight演示能充分体现出其着色原理。

Mecanim · 发表于 2023-2-28 09:59

大佬，大佬.jpg

KaaPexei · 发表于 2023-2-28 10:00

别呀，对我而言，你说的没什么好说的，都是我还没有掌握的

Zephus · 发表于 2023-2-28 10:08

不知道楼主想表达什么，到底是要讲渲染部分还是物理部分还是都讲,发表为想法可能更合适

LiteralliJeff · 发表于 2023-2-28 10:09

楼主对2d的metaball算法有什么优化建议吗，最近在Android上研究metaball效果，参照的是 @Milo Yip 大大在7年前在「Metaball」这个帖子下的回复的算法(居然还有轮子哥 @vczh = =)。在达到100个球后，进行像素二值化就已经时常超过16ms了，而且二值化的计算我都是用Android中的renderscript(c语言)实现的，效率还是很低。

IT圈老男孩1 · 发表于 2023-2-28 10:16

google搜索国内对于metaball绘制上面的文章比较少(不知道是不是我搜索有误？)，希望可以指引一下搜索的方向。

RhinoFreak · 发表于 2023-2-28 10:26

和我说么？这怎么发想法啊

HuldaGnodim · 发表于 2023-2-28 10:32

我看了下原文……人家那个公式只是metaball的定义，而且多加一个轴就是3d的了。实际做的时候不需要……我这文章根本没打算讲这个啊……2d的超简单的，算是屏幕空间近似吧，你下载一下那个2d流体引擎看一下就明白了。而且1楼那人有篇文章也说了这个，但是他好像也没解释……因为这个真的没啥可解释的。

c0d3n4m · 发表于 2023-2-28 10:36

其实我都没讲。3d的不是几句话就能说明白的，而且与其讲这个不如直接看原文。2d的……所以我就放弃了，发篇文章把这两个库报出来，还是很多人不知道去哪儿找轮子的。

Doris232 · 发表于 2023-2-28 10:42

Milo后来给的那个公式是个近似，限定了范围，只画一个metaball，直接就是个常见的粒子圆贴图啊（那个公式里面有显然有圆）。所以直接往屏幕上画圆blend叠加就可以了，然后在屏幕空间做二值化，和公式的结果是一样的。
一般是把这个称为密度场，场的强度就是周围metaball的数量和距离。如果你想研究3d就需要按这个想法进行下去，因为3d空间就不好用“3d球”进行“blend”了，而要回到公式的做法，而2d没这样做的必要。

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