【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達

節點功能與核心價值

NormalFromTexture節點是URP管線中實現高度貼圖到法線貼圖轉換的核心工具，其通過實時計算表面高度變化生成法線向量，為材質添加微觀細節表現。該節點在實時渲染中具有獨特優勢：它能夠動態響應高度數據變化，支持程序化內容生成，同時顯著減少傳統預計算法線貼圖的內存佔用。在移動端渲染優化中，這種實時計算特性尤為重要，因為它允許開發者根據設備性能動態調整細節精度。

端口系統與參數控制

輸入端口體系

• ‌Texture端口‌：接收高度貼圖數據，要求灰度圖像格式，亮度值直接對應表面高度。推薦使用RGBA32格式以保留足夠精度，避免壓縮導致的細節丟失。
• ‌UV端口‌：控制紋理採樣座標，未連接時默認使用UV0。通過連接自定義UV節點可實現動態平鋪、偏移或世界空間映射，增強材質靈活性。
• ‌Sampler端口‌：定義紋理採樣狀態，通常保持默認設置。但在需要特殊過濾模式（如各向異性）或處理紋理數組時需自定義。
• ‌Offset參數‌：控制採樣偏移距離，影響法線細節的尺度。數值範圍建議0.001-0.1，過大會導致採樣失真，過小則丟失宏觀起伏特徵。
• ‌Strength參數‌：作為結果乘數，調節法線強度。數值範圍通常0.1-5.0，需根據材質類型（如金屬需較高值）和光照環境（強光下需增強）動態調整。

輸出端口特性

• ‌Out端口‌：輸出切線空間中的歸一化法線向量（Vector3），可直接用於光照計算。其分量範圍[-1, 1]，確保與標準光照模型兼容。

數學原理與實現機制

節點的核心算法基於Sobel算子原理，通過離散微分運算計算高度梯度：

1. ‌高度採樣‌：在UV空間中對當前像素及相鄰像素（OffsetU、OffsetV）進行採樣，獲取高度值差異。
2. ‌梯度計算‌：基於採樣結果構建切空間向量（va和vb），通過叉乘運算生成法線方向。
3. ‌歸一化處理‌：確保輸出法線向量長度為1，避免光照計算異常。

內部代碼邏輯（簡化示意）：

void Unity_NormalFromTexture_float(...) {
    Offset = pow(Offset, 3) * 0.1;  // 非線性偏移縮放
    float2 offsetU = float2(UV.x + Offset, UV.y);
    float2 offsetV = float2(UV.x, UV.y + Offset);
    // 高度採樣與梯度計算
    float3 va = float3(1, 0, (uSample - normalSample) * Strength);
    float3 vb = float3(0, 1, (vSample - normalSample) * Strength);
    Out = normalize(cross(va, vb));  // 叉乘與歸一化
}

應用場景與實戰案例

動態地形渲染

在程序化地形系統中，節點可實時生成法線：

• 連接程序化高度數據，實現動態侵蝕效果的法線更新。
• 結合多高度圖層混合法線，支持LOD系統的細節層次過渡。

角色材質增強

應用於角色渲染時：

• 基於皮膚高度圖生成細節法線，模擬動態皺紋和肌肉變形。
• 通過Blend節點混合法線貼圖，增強服裝褶皺的真實感。

水體渲染優化

用於水體波浪效果：

• 實時響應風力參數變化，生成多尺度波浪法線。
• 結合Gerstner波算法，實現動態泡沫軌跡。

性能優化與故障排除

計算效率優化

• ‌採樣控制‌：合理限制採樣次數和偏移距離，減少計算開銷。
• ‌移動端適配‌：在低端設備上考慮預計算法線，或降低Offset值以簡化計算。

常見問題解決

• ‌紋理採樣錯誤‌：檢查紋理導入設置（如Mipmaps啓用、過濾模式），確保UV座標有效範圍。
• ‌法線方向異常‌：驗證Strength參數是否合理，避免過強導致不自然邊緣。
• ‌鋸齒邊緣問題‌：通過增加Offset值或後期抗鋸齒處理緩解。

版本兼容性

• 升級至Shader Graph 10.3+版本可解決自定義函數節點中的紋理採樣錯誤。

進階應用與拓展

多節點協同

• 與Normal Blend節點混合多個法線源，實現複雜材質效果。
• 通過Normal Strength節點進一步控制法線強度，增強藝術表現力。

程序化內容生成

• 實時生成地形法線貼圖，支持動態磨損效果（如武器隨使用時間變化）。
• 結合噪聲擾動節點，創建風格化法線效果。

自定義函數擴展

• 開發特殊濾波算法，增強自然感（如模擬風蝕紋理）。
• 創建特定藝術風格的工具鏈，支持快速原型設計。

【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達
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