如何在 Unity 中實現光線折射的精確模擬？

Question

大家好！我目前正在 Unity 中模擬光線折射現象，場景如下：

1. 光線從雷射光源射出，首先碰到一個透明平面（TransparentPlane）。
2. 光線通過透明平面時產生折射，根據 Snell's Law 計算折射方向。
3. 折射後的光線繼續前進，碰到一個水平面（WaterPlane）時再次折射。
4. 最後，光線應在碰到地板（GroundPlane）時停止。

問題：我在 Unity 中使用 Raycast 和 LineRenderer 來模擬上述過程，但遇到了以下挑戰：

1. 折射點計算不準確：
   • 光線穿過透明平面後折射的方向有誤，可能是因為透明平面的法線向量計算或折射公式實現不正確。
2. 光線在地板上無法準確停止：
   • 即使光線方向正常，最後的 Raycast 有時無法檢測到地板碰撞，導致光線無法正確停止。

以下是我的核心程式碼片段：

Vector3 CalculateRefraction(Vector3 incident, Vector3 normal, float n1, float n2)
{
    float eta = n1 / n2; 
    float cosI = -Vector3.Dot(normal, incident.normalized);
    float sinT2 = eta * eta * (1 - cosI * cosI);

    if (sinT2 > 1.0f)
    {
        return Vector3.zero; // 全反射
    }

    float cosT = Mathf.Sqrt(1.0f - sinT2);
    return eta * incident + (eta * cosI - cosT) * normal;
}

我使用的流程是：

1. 使用 Physics.Raycast 檢測光線是否與透明平面碰撞。
2. 在碰撞點計算折射方向，並用新方向進行第二次 Raycast，檢測水平面。
3. 最後檢測光線是否與地板碰撞，並在 LineRenderer 中更新光線的路徑。

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我的疑問：

1. 如何改進折射公式或邏輯，讓光線在穿過透明平面後的折射方向更加準確？
2. 如何確保 Raycast 能穩定檢測到地板，避免光線無法停止的情況？
3. 如果改用 Unity 的 UVS（Visual Scripting），是否有實現此功能的更好方法？

希望能得到大家的指導或相關實現範例，非常感謝！如果需要補充具體的場景或完整程式碼，請隨時告訴我。

Answer 1

让阿豪来帮你解答，本回答参考chatgpt3.5编写提供，如果还有疑问可以评论或留言

问题1：如何改进折射公式或逻辑，让光线在穿过透明平面后的折射方向更加准确？ 要改进折射公式或逻辑，可以尝试以下方法：

1. 确保透明平面的法线向量和折射公式的实现正确。
2. 调试计算折射方向的代码，检查输入和输出值是否正确。
3. 尝试使用其他折射公式，例如从光学中获取更精确的折射方向。
4. 可以考虑使用一些数学库或插件来执行精确的计算，确保结果准确。 案例：

// 在计算折射方向时，可以尝试使用以下代码：
Vector3 CalculateRefraction(Vector3 incident, Vector3 normal, float n1, float n2){
    float eta = n1 / n2;
    float cosI = -Vector3.Dot(normal, incident.normalized);
    float sinT2 = eta * eta * (1 - cosI * cosI);
    if (sinT2 > 1.0f) {
        return Vector3.zero; // 全反射
    }
    float cosT = Mathf.Sqrt(1.0f - sinT2);
    return eta * incident + (eta * cosI - cosT) * normal;
}

问题2：如何确保Raycast能稳定检测到地板，避免光线无法停止的情况？ 要确保Raycast稳定检测到地板，可以尝试以下方法： 1. 确保地板的碰撞体和光线的碰撞体正确设置。 2. 调整Raycast的参数，例如射线的长度和碰撞层级，以确保能够检测到地板。 3. 在地板上添加辅助碰撞器，以增加检测准确性。 4. 在未检测到地板碰撞时，对光线的路径进行手动修正，以确保光线能够停止。 案例：

// 在使用Raycast检测地板碰撞时，可以尝试以下代码：
void Update(){
    Vector3 direction = transform.forward;
    RaycastHit hit;
    if(Physics.Raycast(transform.position, direction, out hit, Mathf.Infinity, LayerMask.GetMask("Ground"))){
        // 在地板上碰撞到物体时停止光线
    } else {
        // 未检测到地板碰撞时的处理逻辑
    }
}

问题3：如果改用Unity的UVS（Visual Scripting），是否有更好方法来实现此功能？ 使用Unity的UVS（Visual Scripting）可能会提供更直观和可视化的方式来实现功能，但对于涉及复杂物理计算和射线检测的场景，可能会受到一定限制。建议根据项目需求和开发团队的技术栈来选择合适的实现方式。 以上是对您提出的问题的回答，希望对您有所帮助。如果需要进一步的补充信息或具体场景的完整代码，请随时告诉我。感谢您的提问！