随着科技的不断发展，用户界面设计也在不断地革新。苹果公司作为行业的先驱者，近期在WWDC25大会上推出了名为Liquid Glass的全新GUI设计风格。这种设计以其高度的通透感和光学折射效果吸引了众多用户和设计师的关注。虽然目前尚无确切的官方技术细节披露，但通过对视觉效果的观察与分析，可以用计算机图形学中的多种技术手段对其进行合理的模拟与还原。为了更好地理解并复现这款Liquid Glass效果，本文将从基础概念入手，结合签名距离函数（Signed Distance Function，简称SDF）、光的折射与反射原理以及shader编程的实际应用展开详细介绍。Liquid Glass这种设计风格的核心是模拟玻璃材质的视觉特性，尤其是光线透过玻璃时发生的折射、反射以及边缘的色散现象。
相比传统的扁平化和拟物化设计，Liquid Glass让界面元素具备了近乎真实的“玻璃感”，增强了界面的层次感和空间感，同时带来了动感十足的交互体验。首先，构建形状是Liquid Glass视觉效果的基础。无论是按钮、面板还是文字，形状的定义决定了后续光学效果的应用范围和实际表现。在数字化设计中，Signed Distance Functions（SDF）是实现这一目标的有效数学工具。SDF的基本原理是对于二维空间的任意坐标点，函数会返回该点到形状边界的有符号距离。正值表示点在形状外部，负值则位于形状内部，零值代表点正好处于边界。
这种距离表示法不仅简洁且具备数学连续性，非常适合用于实时渲染和光学计算。例如，针对Rounded Rectangle（圆角矩形）这种常见元素，利用SDF可以轻松计算出每个像素点到边缘的距离，从而帮助我们生成渐变阴影、光线交互等效果，同时可以方便地通过鼠标拖动实现形状的动态移动。紧接着，在模拟光学效果之前，必须计算该形状在三维空间上对应的法线向量。这里的法线并非真实三维几何模型的法线，而是根据SDF在屏幕空间中的梯度进行“伪造”。具体而言，通过计算距离函数在X、Y轴方向的梯度，再结合Z轴方向根据距离值的变化得出的数据，就能生成类似三维法线的信息。这个法线向量在光照计算中至关重要，因为它决定了光线的入射与反射方向，影响视觉中的高光和阴影细节。
接下来，光的折射机制是Liquid Glass效果的核心部分。在自然界中，当光线由一种介质进入另一种折射率不同的介质时，方向会发生改变，这一现象遵循物理学中的斯涅尔定律（Snell's Law）。具体来说，折射角度取决于两种介质的折射率（Index of Refraction，IOR）比例。例如，玻璃的折射率约为1.52，而水的折射率为1.33。通过在shader程序中模拟这一曲线变化，可以实现光线在液态玻璃表面折射，产生真实又迷人的扭曲与模糊背景效果。为了进一步提升逼真度，还需要考虑光的反射成分。
真实玻璃表面不仅会折射光线，还会反射一定比例的光线，这使得表面出现了闪耀的高光点。在计算机图形学中，虽然可通过弗涅尔方程（Fresnel equations）精确计算光反射与折射的比例，但为了性能与开发简便，常见做法是将折射光与反射光进行一定比例的混合，这种近似手法依然能够呈现出令人印象深刻的视觉效果。有趣的是，SDF不仅可以用来描述单一形状，还可以巧妙地实现多个形状的平滑融合。例如，当界面上有多个Liquid Glass按钮或面板相邻时，通过“平滑最小值”函数（Smooth Minimum）能让它们之间的边界自然过渡，避免生硬的切割感，提升整体的观感与交互体验。除此之外，Chromatic Aberration（色差）现象也被巧妙地运用于Liquid Glass设计中。色差是光通过棱镜或透镜时，不同波长的光线弯曲程度不同而产生的轻微彩色边缘。
通过偏移红、蓝通道的取样坐标，可以模仿这种光学色散效果，使得整体玻璃质感更具层次和真实感。总之，虽然目前没有直接访问苹果设备以反向解析Liquid Glass的真实实现方式，但基于签名距离函数的形状计算、真实物理光学定律的折射与反射模拟，以及shader编程的灵活应用，完全可以高度还原和自定义类似的视觉样式。对于UI设计师和开发者而言，这不仅拓展了材质表现力，也为交互体验的创新带来了无限可能。未来，随着计算能力和渲染技术的提升，我们期待看到更多集成真实光学模拟的界面设计，为用户带来既美观又富有沉浸感的数字世界。对更多热衷于图形学和光影技术的读者，建议深入学习Signed Distance Functions与Raymarching算法，尤其是著名图形学专家Inigo Quilez的相关著作和开源资源，能够极大地拓宽视觉效果的实现思路和手段。
