植被风动 — Wu Chenfeng

树叶随风摇动了，根部也漂走，或者本体在动而影子留在原地，这些都是形变数据没有沿同一规则传递。风动从锚点和权重出发，用相位组织主摆动与细抖动。阴影、深度与运动向量复用同一位置函数以后，画面才会把它们看作同一次运动。

权重与位移

根部、枝条与叶尖

顶点色或UV可保存根部固定权重、枝条弯曲权重和叶片抖动权重。权重定义属于资产契约，制作与着色器使用同一通道约定。根部权重为零时位移也应为零，骨架或地面接点才能保持稳定。

基础正弦摆动可以先验证这条不变量。下面是世界空间HLSL机制片段，windDirectionWS为单位水平向量，anchorWS是实例固定锚点，heightWeight为0–1，振幅使用世界单位。

hlsl

float phase = dot(anchorWS.xz, spatialFrequency) + instancePhase;
float swing = sin(timeSeconds * angularFrequency + phase);
float3 displacedWS = positionWS + windDirectionWS
                      * amplitudeWS * heightWeight * swing;

取振幅0.2米、权重0.5、正弦值1，顶点沿风向移动0.1米；同一时刻根部权重0，所以位移严格为零。若上一帧正弦为0，当前为1，运动向量必须包含这0.1米形变。把当前时间同时传入两次求值，会错误得到零形变速度，时域重建随后把运动叶片当作静止表面。

该片段是形变模型，尚未在引擎运行。固定锚点计算实例相位，顶点位置随时间变化也不会反过来改变相位。高度权重可用平方或曲线控制弯曲，接近叶尖时再叠加低振幅高频项。

阵风与空间变化

阵风用低频空间场改变振幅和方向。世界采样让邻近树木响应相似风场，实例相位提供局部差异。对象空间采样随模型移动，世界空间采样则需要处理大世界原点移动和时间精度。

位置偏移只改变顶点。弯曲较大时，原法线仍描述静态表面，光照会显得脱离运动；可对形变求导更新切线基底，或使用已知旋转变换同步方向。简单偏移适合小幅摆动，大幅形变要同时设计表面方向。

当位移为 $x\mathrel{+}=A w(y)\sin\phi$ 且相位只由实例锚点决定时，沿高度的切向量变为 $(A w'(y)\sin\phi,1,0)$ 。这说明只移动位置而保留原法线会失配，也给简单主弯曲提供了解析修正入口。若相位还随顶点位置变化，求导必须同时包含相位导数；复杂枝叶形变应复用同一函数的切线差分或解析导数。

各通道的形变一致性

阴影、深度、本体和描边应使用相同位移函数和参数，运动向量还要用当前与上一帧参数计算两个位置。上一帧时间、风场和锚点需要明确保存；只用当前时间重算两帧，会得到错误运动向量。

包围范围包含最大可能位移，CPU剔除才能保守覆盖动画。LOD和Impostor切换时保持锚点、振幅与相位关系，必要时按屏幕贡献淡化高频抖动。形变参数重置、传送和原点移动时同步处理历史有效性。

验证与成本

先关闭细抖动只看主摆动，检查根部固定；再分别打开实例相位、阵风与法线更新。对照本体、阴影、深度和运动向量，定位出现差异的通道。

风动新增顶点计算和可能的纹理采样，多个Pass会重复执行。记录各LOD、阴影级联、描边和Alpha 裁剪路径，比较实际顶点调用与GPU时间。远景降低高频振幅，检查轮廓闪烁和Alpha覆盖。

参考资料

Tiago Sousa，GPU Gems 3 Chapter 16: Vegetation Procedural Animation and Shading in Crysis：主弯曲、细节弯曲与植被属性。
Unity6000.0，Mesh.SetUVs：顶点属性通道契约。
本仓库参考模型中的正弦位移为机制示意，完整形变、法线与运动向量需按项目实现验证。