使用Unity创造动态的2D水体效果

者：Alex Rose

在本篇教程中，咱们将使用简单的物理机制模拟一个动态的2D水体。咱们将使用一个线性渲染器、网格渲染器，触发器以及粒子的混合体来创造这一水体效果，最终获得可运用于你下款游戏的水纹和水花。这里包含了Unity样本源，但你应该可以使用任何游戏引擎以相同的原理执行相似的操做。

设置水体管理器

咱们将使用Unity的一个线性渲染器来渲染咱们的水体表面，并使用这些节点来展示持续的波纹。

unity-water-linerenderer(from gamedevelopment)

咱们将追踪每一个节点的位置、速度和加速状况。为此，咱们将会使用到阵列。因此在咱们的类顶端将添加以下变量：

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float[] xpositions; float[] ypositions; float[] velocities; float[] accelerations; LineRenderer Body;

LineRenderer将存储咱们全部的节点，并概述咱们的水体。咱们仍须要水体自己，将使用Meshes来创造。咱们将须要对象来托管这些网格。

1 2	GameObject[] meshobjects; Mesh[] meshes;

咱们还须要碰撞器以便事物可同水体互动：

1	GameObject[] colliders;

咱们也存储了全部的常量：

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const float springconstant = 0.02f; const float damping = 0.04f; const float spread = 0.05f; const float z = -1f;

这些常量中的z是咱们为水体设置的Z位移。咱们将使用-1标注它，这样它就会呈现于咱们的对象以前（游戏邦注：你可能想根据本身的需求将其调整为在对象以前或以后，那你就必须使用Z坐标来肯定与之相关的精灵所在的位置）。

下一步，咱们将保持一些值：

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float baseheight; float left; float bottom;

这些就是水的维度。

咱们将须要一些能够在编辑器中设置的公开变量。首先，咱们将为水花使用粒子系统：

1	public GameObject splash:

接下来就是咱们将用于线性渲染器的材料：

1	public Material mat:

此外，咱们将为主要水体使用的网格类型以下：

1	public GameObject watermesh:

咱们想要可以托管全部这些数据的游戏对象，令其做为管理器，产出咱们游戏中的水体。为此，咱们将编写SpawnWater()函数。

这个函数将采用水体左边、跑马度、顶点以及底部的输入：

1 2	public void SpawnWater(float Left, float Width, float Top, float Bottom) {

（虽然这看似有所矛盾，但却有利于从左往右快速进行关卡设计）

创造节点

如今咱们将找出本身须要多少节点：

1 2	int edgecount = Mathf.RoundToInt(Width) * 5; int nodecount = edgecount + 1;

咱们将针对每一个单位宽度使用5个节点，以便呈现流畅的移动（你能够改变这一点以便平衡效率与流畅性）。咱们由此可获得全部线段，而后须要在末端的节点 + 1。

咱们要作的首件事就是以LineRenderer组件渲染水体：

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Body = gameObject.AddComponent<LineRenderer>(); Body.material = mat; Body.material.renderQueue = 1000; Body.SetVertexCount(nodecount); Body.SetWidth(0.1f, 0.1f);

咱们在此还要作的是选择材料，并经过选择渲染队列中的位置而令其在水面之上渲染。咱们设置正确的节点数据，将线段宽度设为0.1。

你能够根据本身所需的线段粗细来改变这一宽度。你可能注意到了SetWidth()须要两个参数，这是线段开始及末尾的宽度。咱们但愿该宽度恒定不变。

如今咱们制做了节点，将初始化咱们全部的顶级变量：

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xpositions = new float[nodecount]; ypositions = new float[nodecount]; velocities = new float[nodecount]; accelerations = new float[nodecount];   meshobjects = new GameObject[edgecount]; meshes = new Mesh[edgecount]; colliders = new GameObject[edgecount];   baseheight = Top; bottom = Bottom; left = Left;

咱们已经有了全部阵列，将控制咱们的数据。

如今要设置咱们阵列的值。咱们将从节点开始：

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for (int i = 0; i < nodecount; i++) { ypositions[i] = Top; xpositions[i] = Left + Width * i / edgecount; accelerations[i] = 0; velocities[i] = 0; Body.SetPosition(i, new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z)); }

在此，咱们将全部Y位置设于水体之上，以后一块儿渐进增长全部节点。由于水面平静，咱们的速度和加速值最初为0。

咱们将把LineRenderer (Body)中的每一个节点设为其正确的位置，以此完成这个循环。

创造网格

这正是它棘手的地方。

咱们有本身的线段，但咱们并无水体自己。咱们要使用网格来制做，以下所示：

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for (int i = 0; i < edgecount; i++) { meshes[i] = new Mesh();

如今，网格存储了一系列变量。首个变量至关简单：它包含了全部顶点（或转角）。

unity-water-Firstmesh(from gamedevelopment)

该图表显示了咱们所需的网格片断的样子。第一个片断中的顶点被标注出来了。咱们总共须要4个顶点。

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Vector3[] Vertices = new Vector3[4]; Vertices[0] = new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z); Vertices[1] = new Vector3(xpositions[i + 1], ypositions[i + 1], z); Vertices[2] = new Vector3(xpositions[i], bottom, z); Vertices[3] = new Vector3(xpositions[i+1], bottom, z);

如今如你所见，顶点0处于左上角，1处于右上角，2是左下角，3是右下角。咱们以后要记住。

网格所需的第二个性能就是UV。网格拥有纹理，UV会选择咱们想撷取的那部分纹理。在这种状况下，咱们只想要左上角，右上角，右下角和右下角的纹理。

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Vector2[] UVs = new Vector2[4]; UVs[0] = new Vector2(0, 1); UVs[1] = new Vector2(1, 1); UVs[2] = new Vector2(0, 0); UVs[3] = new Vector2(1, 0);

如今咱们又须要这些数据了。网格是由三角形组成的，咱们知道任何四边形都是由两个三角形组成的，因此如今咱们须要告诉网格它如何绘制这些三角形。

unity-water-Tris(from gamedevelopment)

看看含有节点顺序标注的转角。三角形A链接节点0，1，以及3，三角形B链接节点3，2，1。所以咱们想制做一个包含6个整数的阵列：

1	int[] tris = new int[6] { 0, 1, 3, 3, 2, 0 };

这就创造了咱们的四边形。如今咱们要设置网格的值。

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meshes[i].vertices = Vertices; meshes[i].uv = UVs; meshes[i].triangles = tris;

如今咱们已经有了本身的网格，但咱们没有在场景是渲染它们的游戏对象。因此咱们将从包括一个网格渲染器和筛网过滤器的watermesh预制件来创造它们。

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meshobjects[i] = Instantiate(watermesh,Vector3.zero,Quaternion.identity) as GameObject; meshobjects[i].GetComponent<MeshFilter>().mesh = meshes[i]; meshobjects[i].transform.parent = transform;

咱们设置了网格，令其成为水体管理器的子项。

创造碰撞效果

如今咱们还须要本身的碰撞器：

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colliders[i] = new GameObject(); colliders[i].name = “Trigger”; colliders[i].AddComponent<BoxCollider2D>(); colliders[i].transform.parent = transform; colliders[i].transform.position = new Vector3(Left + Width * (i + 0.5f) / edgecount, Top – 0.5f, 0); colliders[i].transform.localScale = new Vector3(Width / edgecount, 1, 1); colliders[i].GetComponent<BoxCollider2D>().isTrigger = true ; colliders[i].AddComponent<WaterDetector>();

至此，咱们制做了方形碰撞器，给它们一个名称，以便它们会在场景中显得更整洁一点，而且再次制做水体管理器的每一个子项。咱们将它们的位置设置于两个节点之点，设置好大小，并为其添加了WaterDetector类。

如今咱们拥有本身的网格，咱们须要一个函数随着水体移动进行更新：

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void UpdateMeshes() { for (int i = 0; i < meshes.Length; i++) {

你可能注意到了这个函数只使用了咱们以前编写的代码。惟一的区别在于此次咱们并不须要设置三角形的UV，由于这些仍然保持不变。

咱们的下一步任务是让水体自己运行。咱们将使用FixedUpdate()递增地来调整它们。

 

 

1 2	void FixedUpdate() {

执行物理机制

首先，咱们将把Hooke定律写Euler方法结合在一块儿找到新坐标、加速和速度。

Hooke定律是F=kx，这里的F是指由水流产生的力（记住，咱们将把水体表面模拟为水流），k是指水流的常量，x则是位移。咱们的位移将成为每一个节点的y坐标减去节点的基本高度。

下一步，咱们将添加一个与力的速度成比例的阻尼因素来削弱力。

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for (int i = 0; i < xpositions.Length ; i++) { float force = springconstant * (ypositions[i] – baseheight) + velocities[i]*damping ; accelerations[i] = -force; ypositions[i] += velocities[i]; velocities[i] += accelerations[i]; Body.SetPosition(i, new Vector3(xpositions[i], ypositions[i], z)); }

Euler方法很简单，咱们只要向速度添加加速，向每帧坐标增长速度。

注：我只是假设每一个节点的质量为1，但你可能会想用：

1	accelerations[i] = -force/mass;

如今咱们将创造波传播。如下节点是根据Michael Hoffman的教程调整而来的：

1 2	float[] leftDeltas = new float[xpositions.Length]; float[] rightDeltas = new float[xpositions.Length];

在此，咱们要创造两个阵列。针对每一个节点，咱们将检查以前节点的高度，以及当前节点的高度，并将两者差异放入leftDeltas。

以后，咱们将检查后续节点的高度与当前检查节点的高度，并将两者的差异放入rightDeltas（咱们将乘以一个传播常量来增长全部值）。

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for (int j = 0; j < 8; j++) { for (int i = 0; i < xpositions.Length; i++) { if (i > 0) { leftDeltas[i] = spread * (ypositions[i] – ypositions[i-1]); velocities[i - 1] += leftDeltas[i]; } if (i < xpositions.Length – 1) { rightDeltas[i] = spread * (ypositions[i] – ypositions[i + 1]); velocities[i + 1] += rightDeltas[i]; } } }

当咱们集齐全部的高度数据时，咱们最后就能够派上用场了。咱们没法查看到最右端的节点右侧，或者最大左端的节点左侧，所以基条件就是i > 0以及i < xpositions.Length – 1。

所以，要注意咱们在一个循环中包含整片代码，并运行它8次。这是由于咱们想以少许而屡次的时间运行这一过程，而不是进行一次大型运算，由于这会削弱流动性。

添加水花

如今咱们已经有了流动的水体，下一步就须要让它溅起水花！

为此，咱们要增长一个称为Splash()的函数，它会检查水花的X坐标，以及它所击中的任何物体的速度。将其设置为公开状态，这样咱们能够在以后的碰撞器中调用它。

1 2	public void Splash(float xpos, float velocity) {

首先，咱们应该确保特定的坐标位于咱们水体的范围以内：

1 2	if (xpos >= xpositions[0] && xpos <= xpositions[xpositions.Length-1]) {

而后咱们将调整xpos，让它出如今相对于水体起点的位置上：

1	xpos -= xpositions[0];

下一步，咱们将找到它所接触的节点。咱们能够这样计算：

1	int index = Mathf.RoundToInt((xpositions.Length-1)*(xpos / (xpositions[xpositions.Length-1] – xpositions[0])));

这就是它的运行方式：

1.咱们选取相对于水体左侧边缘位置的水花位置(xpos)。

2.咱们将相对于水体左侧边缘的的右侧位置进行划分。

3.这让咱们知道了水花所在的位置。例如，位于水体四分之三处的水花的值就是0.75。

4.咱们将把这一数字乘以边缘的数量，这就能够获得咱们水花最接近的节点。

1	velocities[index] = velocity;

如今咱们要设置击中水面的物体的速度，令其与节点速度一致，以样节点就会被该物体拖入深处。

Particle-System(from gamedevelopment)

注：你能够根据本身的需求改变这条线段。例如，你能够将其速度添加到当前速度，或者使用动量而非速度，并除以你节点的质量。

如今，咱们想制做一个将产生水花的粒子系统。咱们早点定义，将其称为“splash”。要确保不要让它与Splash()相混淆。

首先，咱们要设置水花的参，以便调整物体的速度：

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float lifetime = 0.93f + Mathf.Abs(velocity)*0.07f; splash.GetComponent<ParticleSystem>().startSpeed = 8+2*Mathf.Pow(Mathf.Abs(velocity),0.5f); splash.GetComponent<ParticleSystem>().startSpeed = 9 + 2 * Mathf.Pow(Mathf.Abs(velocity), 0.5f); splash.GetComponent<ParticleSystem>().startLifetime = lifetime;

在此，咱们要选取粒子，设置它们的生命周期，以避免他们击中水面就快速消失，而且根据它们速度的直角设置速度（为小小的水花增长一个常量）。

你可能会看着代码心想，“为何要两次设置startSpeed？”你这样想没有错，问题在于，咱们使用一个起始速度设置为“两个常量间的随机数” 这种粒子系统（Shuriken）。不幸的是，咱们并无太多以脚本访问Shuriken的途径 ，因此为了得到这一行为，咱们必须两次设置这个值。

如今，我将添加一个你可能想或者不想从脚本中忽略的线段：

1 2	Vector3 position = new Vector3(xpositions[index],ypositions[index]-0.35f,5); Quaternion rotation = Quaternion.LookRotation( new Vector3(xpositions[Mathf.FloorToInt(xpositions.Length / 2)], baseheight + 8, 5) – position);

Shuriken粒子击中你的物体时不会被破坏，因此若是你想确保它们不会在你的物体面前着陆，你能够采用两种对策：

1.令其固定在背景（你能够经过将Z坐标设为5来实现）

2.令粒子系统倾斜，令其老是指向你水体的中心——这样，粒子就不会飞溅到水面。

第二行代码位居坐标的中间点，向上移一点点，并指向粒子发射器。若是你要使用真正宽阔的水体，你可能就不须要这种行为。若是你的水体只是房间中的一个小水池，你可能就会想使用它。因此，你能够根据本身的须要抛弃关于旋转的代码。

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GameObject splish = Instantiate(splash,position,rotation) as GameObject; Destroy(splish, lifetime+0.3f); } }

如今，咱们得制做水花，并让它在粒子应该消失以后的片刻再消失。为何要在以后片刻呢？由于咱们的粒子系统会发送出一些连续的粒子阵，因此即便首批粒子只会持续到Time.time + lifetime，咱们最终的粒子阵也仍然会存留一小会儿。

没错，咱们终于完工了，不是吗？

碰撞检测

错了！咱们必须检测咱们的对象，不然一切都是徒劳的！

记得咱们以前向全部碰撞器添加脚本的状况吗？还记得WaterDetector吗？

咱们如今就要把它制做出来！咱们在其中只须要一个函数：

1 2	void OnTriggerEnter2D(Collider2D Hit) {

使用OnTriggerEnter2D()咱们能够规定2D刚体进入水体时所发生的状况。若是咱们经过了Collider2D的一个参数，就能够找到更多关于该物体的信息：

1 2	if (Hit.rigidbody2D != null ) {

咱们只须要包含rigidbody2D的物体：

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transform.parent.GetComponent<Water>().Splash(transform.position.x, Hit.rigidbody2D.velocity.y*Hit.rigidbody2D.mass / 40f); } }

如今，咱们全部的碰撞器都是水体管理器的子项。因此咱们只须要从它们的母体撷取Water组件并从碰撞器的位置调用Splash()。

记住，我说过若是你想让它更具物理准确性，就能够传递速度或动量。这里就须要你传递一者。若是你将对象的Y速度与其质量相乘，就能够获得它的动量。若是你只想使用它的速度，就要从该行代码中去除质量。

最后，你将从某处调用SpawnWater()，以下所示：

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void Start() { SpawnWater(-10,20,0,-10); }

如今咱们完成了！如今任何含有一个碰撞器并击中水面的rigidbody2D都会创造一个水花，而且波纹还能正确移动。

Splash2(from gamedevelopment)

额外操做

做为一个额外操做，我还在SpawnWater()之上添加了几行代码。

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gameObject.AddComponent<BoxCollider2D>(); gameObject.GetComponent<BoxCollider2D>().center = new Vector2(Left + Width / 2, (Top + Bottom) / 2); gameObject.GetComponent<BoxCollider2D>().size = new Vector2(Width, Top – Bottom);

这几行代码会向水面自己添加一个方体碰撞器。你能够运用本身的知识，以此让物体漂浮在水面。

你将会制做一个称为OnTriggerStay2D()的函数，它有一个Collider2D Hit参数。以后，你可使用咱们以前使用的一个检查物体质量的弹性法则的调整版本，并为你的rigidbody2D添加一个力或速度以便令其漂浮在水面。

总结

在本篇教程中，咱们以一些简单的物理代码和一个线性渲染器、网格渲染器、触发器和粒子执行了用于2D游戏的简单模拟水体。也许你会添加波浪起伏的水 体来做为本身下款平台游戏的障碍，准确让你的角色跳入水中或当心地穿过漂浮着的跳板，或者你可能想将它用于航海或冲浪游戏，甚至是一款只是须要玩家跳过水 面的岩石的游戏。总之，祝你好运！

 

原文连接：如何使用Unity创造动态的2D水体效果