今天学习的是Unreal Engine在GDC 2019上所分享的Distance Field的使用技巧，分享人是Epic的资深TA Ryan Brucks
分享主要分为三部分：
- 基于解析的模拟方式：即基于数学公式完成效果的驱动
- 基于VS来实现效果的方案
- 使用DF与UV来模拟变化的效果
所谓的解析模拟，指的是：
- 基于函数来完成效果的模拟
- 使用参数作为输入
- 而’regular simulation‘则是通过将模拟结果写入某个每帧更新的buffer来模拟
UE中的大部分特效都是采用regular simulation方式实现的，带来的问题就是即使是非常简单的效果，也需要通过更新buffer的方式来完成，代价较高。
解析模拟有如下优点：
- 效果可以很容易在多端进行同步
- 内存消耗低
- Tick消耗低
- 表现稳定，一致性高
线性函数就是一个非常简单的函数
回顾一下函数的定义
来看下常用的正弦函数在实际项目开发中是如何用起来的
这里做一个取绝对值的处理，就将下半部分翻转上来
这个函数就可以用来模拟小球在地表上的跳动效果
将之转换为材质实现
效果要怎么暴露给项目，基于玩法进行调制呢？
同样给出材质实现，需要做一个max运算，避免结果异常
通过Time - StartTime运算，可以实现贴花或者其他mesh效果的fading。
这里给了一个实现案例
通过对spawnTime，lifeTime进行处理
这里应该给了一个视频演示效果，用于控制物件的渐变移动
这里依然是材质的处理，比较简单，就不展开介绍了
Frac指令可以用来实现效果的循环
日常debug tips
通过vector noise实现随机效果
通常用一个byte来存储数据，用定点数表示，精度是1/255,
直接用可能会有精度问题，通过+0.5可以解决
这里给了具体的效果展示
接下来用一个复杂的例子来对上面介绍的内容做阐释
static mesh的wireframe效果如上图，由众多的quads组成，顶点色是随机的，支持控制时间来实现缩放
基于法线添加位置的抖动
将标量参数替换成一个动态的参数，实现offset的动态变化
另一个烟花也使用了同样的方法
通过这种方法，可以用一些小尺寸的静态mesh来实现环境的点缀，比如这里用作fog haze cards或者dust modes
逻辑跟前面的类似，通过随机的算法来控制颜色、尺寸、速度等，基本上没有额外的消耗。
这里介绍了一个基于spline的billboard方法，从而以2D的方法实现3D的效果。这种方法在UE3就存在了，已经是一种非常成熟常见的方案。
上面两种效果都可以通过上述方法实现。
材质函数节点是Spline Thicken
Gears5中原来的粒子效果是CPU模拟的，计算消耗太高，换成GPU，则由于需要跟CPU交互，同样具有不低的消耗。
最后采用的是基于VS来实现的方案，用来点缀环境、实现部分武器、gameplay特效，从而以较低的消耗实现了同样的效果。
Gerstner Wave基本介绍
基于顶点实现的材质蓝图
这种方法可以自动在多端进行同步，而且可以不用tick就实现splash效果
基于波浪的周期来调用frac，同时基于当前点到波峰的距离，来控制相位。
基于这个解析逻辑，还可以在水波达到波峰的时候，添加一个粒子特效，以实现更逼真的效果。
这里是效果展示。
基于DF，我们可以拿到到岸边的距离，并基于这个来控制海浪的相位。
同样，还可以用来模拟海浪跟海中的石头或者障碍物交互的效果：即在有障碍物的地方，添加一些resistance，避免水波溜过去（见蓝色线条，黄色是原始的）
这里是通过DistanceToNearestSurface这个节点来获取数据的
用debug颜色显示
具体的表现效果
传统的海浪实现中，相位是一个常量，可能在不同的波浪上，数值不同，但基本整个生命周期是一个常量，但是这并不是必要的，按照上面的，我们增加对相位的动态调整可以得到更好的效果。
将海浪的方向与地形高度的梯度（基于这个应该可以大致计算出到岸边的距离，这样也可以省去distance field贴图的消耗）结合起来，还可以实现更逼真的模拟效果。
Distance Field的梯度用于描述海岸的方向，这个方向可以用于控制海浪的方向。
通过点乘，可以知道障碍物的那一面需要产生碰撞后的浮沫。
这里介绍了flowmap的实现原理，flowmap用于控制水流的方向。
flowmap会通过UV动画来实现水流的效果，但是如果UV偏移过大，效果就会有问题，所以通常会用两张贴图来弱化瑕疵：
- 在一个区间里，用第一张贴图来控制水流的扰动
- 当到达阈值时，替换成第二张贴图主导
- 当达到第二个阈值时，第一张贴图就回复到原点，如此交替反复
上图中的红色跟灰色曲线表示两张贴图的权重值。
需要注意的是，UE的flowmap用的是triangle wave而不是正弦波，不过区别不大。
Flowmap叠加DF贴图跟法线贴图，可以进一步加强表现。
上图是一个河流的效果，近岸的flowmap会对地面的法线贴图进行采样，并基于结果对水流进行调制，使得水流看起来像是部分浸没石头的样子。
这里展示的是如何基于Distance Field来调整flow的，从而实现水流在障碍物周边绕行波动的效果。
这里给了实现的算法细节。
总结
参考
Gerstner Wave实现方式
Lagged Wave实现方式
Curl Noise在很多场合中有应用，比如给水体添加扰动等，具体可以看一下Siggraph 2007的文章。
海洋效果中，会使用scale flowmap来实现浮沫从石头上流下来的效果。流动的频率跟最大尺寸的wave的周期相匹配，UE有一个ScaleUVsbyCenter节点可以用于替换Flowmap内部的传动函数，这里介绍了具体的实现方法。
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