【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達

Mesh網格定義與核心概念

頂點（Vertex）的本質與特性

頂點是構成3D模型的基本幾何單元，每個頂點在三維空間中具有明確的座標位置（x,y,z）。在Unity中，頂點不僅包含位置信息，還承載着模型渲染所需的多維數據：

• 法線（Normal）：垂直於表面的單位向量，決定光照計算的反射方向。平滑着色時，法線通過相鄰面計算；硬邊着色則直接使用面法線。
• UV座標：二維紋理映射座標，將2D紋理精準貼合到3D表面。UV值範圍通常為0-1，超出部分通過紋理環繞模式處理。
• 頂點顏色：支持RGBA通道的顏色數據，常用於實現漸變紋理或動態光照效果。

程序化頂點生成

通過Shader Graph的Position節點和數學運算，可動態生成頂點位置。例如，創建波浪效果：

// 偽代碼示例：頂點位置偏移

float4 position = TransformPosition(float4(input.position.x, sin(input.position.x * 10) * 0.1, input.position.z, 1));

此代碼通過正弦函數沿X軸生成周期性波動，實現水面扭曲效果。

面（Face）的構成與渲染優化

三角形面片的優勢

三角形作為3D建模的最小單位，具有以下核心特性：

• 平面性：三個頂點必然共面，簡化碰撞檢測和光照計算。
• 固定朝向：通過頂點順序（順時針/逆時針）定義正面/背面，支持背面剔除提升渲染效率。
• 計算高效：三角形僅需3個頂點和3條邊，比多邊形更適合GPU並行處理。

多邊形的實現原理

雖然多邊形面片（如四邊形）在建模中更直觀，但渲染時會被分解為三角形。例如，Unity的網格渲染器會自動將四邊形拆分為兩個三角形，確保硬件兼容性。

URP Shader Graph中的網格數據處理

頂點屬性節點詳解

在Shader Graph中，通過以下節點訪問頂點數據：

• Position：獲取模型空間或世界空間座標。
• Normal：讀取法線向量，用於光照計算。
• UV：訪問紋理座標，支持多通道UV（如UV1、UV2）。
• Color：讀取頂點顏色，支持與紋理混合。

示例：動態法線修改

創建凹凸效果時，可通過修改法線改變光照表現：

// 偽代碼示例：法線擾動

float3 normal = normalize(input.normal + float3(0, sin(input.position.x * 10) * 0.1, 0));

此代碼沿Y軸添加正弦波動，模擬表面起伏。

紋理映射與UV座標實踐

UV座標的工作原理

UV座標通過將3D表面展開為2D平面實現紋理映射。例如，立方體需6組UV座標，而球體通常使用球形投影或立方體映射。

多通道UV應用

複雜模型可能使用多組UV座標：

• UV1：主紋理通道。
• UV2：輔助紋理（如法線貼圖）。
• UV3：頂點動畫或動態遮罩。

在Shader Graph中，通過UV節點選擇通道，結合Sample Texture 2D實現多紋理混合。

頂點顏色與動態效果

頂點顏色的應用場景

• 漸變紋理：通過頂點顏色控制材質過渡。
• 動態光照：結合頂點顏色實現局部光照變化。
• 調試工具：可視化法線或UV座標。

示例：頂點顏色驅動透明度

創建漸隱效果時，可通過頂點顏色控制透明度：

// 偽代碼示例：顏色驅動透明度

float4 color = input.color * float4(1, 1, 1, smoothstep(0.5, 0.8, input.color.a));

此代碼根據頂點Alpha值平滑調整透明度，實現邊緣漸隱。

URP Shader Graph的優化技巧

性能優化策略

• 減少動態計算：將頂點屬性計算移至頂點着色器。
• 合併屬性：通過Attributes節點打包數據，減少採樣次數。
• 使用LOD：根據距離簡化網格複雜度。

移動端適配

• 簡化着色器：避免複雜數學運算。
• 壓縮紋理：使用ASTC或ETC2格式。
• 動態批處理：啓用URP的自動批處理功能。

進階應用：程序化網格生成

動態網格創建

通過Create Mesh節點和Set Mesh節點，可在運行時生成網格：

// 偽代碼示例：生成平面網格

Mesh mesh = new Mesh(); 
mesh.vertices = new Vector3[] {
          Vector3.zero,
          Vector3.right,
          Vector3.up,
          Vector3.right + Vector3.up
          };
mesh.triangles = new int[] { 0, 1, 2, 0, 2, 3 };

此代碼創建了一個包含兩個三角形的平面。

實例化渲染

使用Instancing節點和Set Mesh節點，可高效渲染大量相同網格：

// 偽代碼示例：實例化渲染` 

MaterialPropertyBlock props = new MaterialPropertyBlock();
props.SetVector("_Color", Color.red);
Renderer renderer = GetComponent<Renderer>();
renderer.SetPropertyBlock(props); 
renderer.SetMaterial(material, 0);

此代碼為所有實例設置統一顏色，減少Draw Calls。

常見問題與解決方案

法線錯誤

• 現象：模型出現光照異常。
• 解決：檢查法線方向，使用Normalize節點修正。

UV拉伸

• 現象：紋理在模型表面扭曲。
• 解決：優化UV展開，或使用Tiling And Offset節點調整。

性能瓶頸

• 現象：幀率下降。
• 解決：簡化着色器，減少動態計算，啓用批處理。

總結與最佳實踐

URP Shader Graph通過可視化節點系統，大幅降低了着色器開發門檻。掌握網格數據處理的核心要點：

• 頂點屬性：靈活運用位置、法線、UV和顏色。
• 三角形優勢：利用其平面性和計算效率優化渲染。
• 程序化生成：通過動態創建實現複雜效果。
• 性能優化：減少計算，合併數據，適配移動端。

結合URP的渲染管線特性和Shader Graph的節點化設計，開發者可快速實現從簡單材質到複雜視覺效果的全方位創作。

【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達
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