作者为 DirectX 11 渲染器项目Gradient创建了水渲染系统，分享了构建过程中的经验。

• 波模型和生成：

  • 高度函数和法线：用水面高度场模拟水表面，通过正弦波叠加来表示波，控制波的振幅、方向、频率、相位和尖锐度等参数，基于高度函数计算表面各点的法线。
  • 生成波参数：在 HLSL 中建模单个波，包括振幅、波长、速度、尖锐度和方向等参数，在应用启动时在 CPU 上生成波数组并传递给着色器，波的方向从围绕风向的正态分布中采样，以控制总振幅等。
• 网格细分和位移：使用 DirectX 11 的细分着色器管道在运行时生成额外的顶点，绘制平面网格并根据高度函数位移顶点，以控制细分程度，通过距离基细分方法计算细分因子，在域着色器中进行高度位移和法线计算，并在外壳着色器中剔除相机背面的补丁以提高性能。

• 像素着色和视觉效果：

  • PBR 光照：使用 PBR 光照系统进行水着色，设置粗糙度为 0.2、金属性为 1 使水表面具有反射性，设置反照率为(1, 1, 1)使所有颜色通过反射，通过插值顶点法线与向上向量来减少远处水面的噪点。
  • 次表面散射：使用 Alan Zucconi 的简单方法实现次表面散射，根据像素在波上的高度近似厚度，为每个场景光计算次表面散射贡献并添加到像素的总光照中，增加了波浪尖端的柔和 glow。
  • 菲涅尔效应和改进的次表面散射：观察到湖水在不同视角下的反射特性，模拟菲涅尔效应，通过插值反照率和乘以浅海水颜色来改善水的深度感和透明度。
• 反射和改进空间：水的模拟仍存在问题，如水面反射平淡、近距离细节不足、可见的平铺以及缺乏泡沫和起伏等细节，可添加平面或屏幕空间反射、滚动法线图等方法改进，还可将法线计算从域着色器移动到像素着色器以影响性能。总体而言，这是作者首次尝试水模拟，对结果较为满意。