【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達

抖動技術基礎概念

抖動技術是一種通過引入偽隨機噪聲來優化量化誤差的數字圖像處理方法。當顏色深度不足時，圖像中容易產生明顯的色帶現象，而抖動技術能夠將這些色帶分解為更細微的圖案，從而獲得更加平滑自然的視覺效果。在Unity ShaderGraph中，Dither節點專門用於在屏幕空間應用此類技術，通過特定的算法模式確保噪聲均勻分佈。

在實時渲染領域，抖動技術不僅用於改善顏色過渡，還廣泛應用於透明度處理、陰影渲染和後期處理效果。

Dither節點核心架構

端口配置與數據類型

Dither節點包含三個主要端口，各自承擔特定的功能：

• In端口：作為動態矢量輸入，接收待處理的數值。該端口通常連接Alpha通道值，也可用於處理顏色矢量或其他需要抖動的數據。
• Screen Position端口：輸入Vector 4類型的屏幕空間座標，是抖動模式定位的關鍵依據。該端口默認綁定至屏幕位置，確保抖動圖案能夠基於像素位置正確分佈。
• Out端口：輸出經過抖動處理後的動態矢量結果，其數據類型與輸入保持一致。

算法實現原理

Dither節點採用16階Floyd-Steinberg抖動算法，這是一種經典的有序抖動技術。該算法通過預定義的閾值矩陣決定像素的量化方式，在有限顏色深度下實現最佳視覺表現。

核心算法流程如下：首先將屏幕座標轉換為紋理座標，隨後根據像素位置在4x4閾值矩陣中選擇對應閾值。該矩陣包含16個均勻分佈在0到1範圍內的數值，確保抖動圖案的週期性與均勻性。

URP渲染管線中的ShaderGraph環境

渲染管線基礎

在深入探討Dither節點之前，需瞭解Unity的渲染管線架構。目前Unity主要支持以下三種渲染管線：

• 內置渲染管線：Unity最早的渲染系統，功能基礎但穩定可靠。
• 可編程渲染管線：通過C#腳本控制渲染流程的高級技術，為URP和HDRP提供底層支持。
• 通用渲染管線：專為多平台優化設計的現代化渲染方案，尤其適用於移動設備及中等性能要求的平台。

ShaderGraph配置要求

使用Dither節點前需確保項目正確配置URP渲染管線。創建新的ShaderGraph時，應選擇URP模板以保證所有節點與功能正常可用。URP不僅提供更優的性能表現，還確保着色器在不同設備上的一致性。

Dither節點詳細參數解析

輸入參數詳解

In輸入端接收的動態矢量可為多種數據類型，具體取決於前續節點的輸出。實際應用中，最常見的配置是將Float值連接至In端口，用於控制透明度閾值。

Screen Position輸入通常保持默認連接，但在特定情況下可能需要自定義屏幕座標。例如，當需要基於特定UV座標或對象空間位置應用抖動時，可斷開默認連接並接入自定義位置數據。

閾值控制與參數調節

Dither節點的效果主要通過閾值參數控制。在實現半透明效果時，通常會創建Float參數作為Dither值，其顯示範圍一般設置在剪切閾值至1之間。通過動態調整此參數，可實現基於距離的透明度變化或其他動畫效果。

實踐應用：半透明效果實現

基礎設置流程

創建基於Dither節點的半透明效果需遵循以下步驟：

• 新建Unlit ShaderGraph並創建對應材質
• 在Graph Setting中啓用Alpha Clipping功能
• 添加Dither節點並將其輸出連接至Alpha Clip Threshold
• 配置閾值參數與Dither參數以實現期望的透明度範圍

菲涅爾效應結合

將Dither節點與Fresnel節點結合可創建更自然的半透明效果。菲涅爾效應模擬物體邊緣與中心反射率的差異，結合抖動技術後，能產生基於視角的透明度變化，特別適用於角色渲染與特效製作。

實現方法：創建Fresnel節點並將其輸出與顏色參數相乘，隨後將結果連接至Base Color，同時將Dither節點輸出連接至Alpha Clip Threshold。

動態效果控制

通過腳本控制Dither參數可實現動態半透明效果。例如，根據攝像機與角色的距離動態調整Dither值，當攝像機靠近時角色逐漸變為半透明，有效避免攝像機穿幫現象。

高級應用場景

屏幕空間抖動優化

Dither節點在屏幕空間的應用確保抖動圖案均勻分佈，這對避免重複性圖案與保持視覺一致性至關重要。理解屏幕座標與抖動閾值的關係，有助於開發者實現更精細的視覺效果。

延遲渲染兼容性

在延遲渲染管線中，傳統透明度處理常面臨諸多限制。使用Dither節點模擬透明度效果具有顯著優勢，因為經抖動處理的表面仍作為不透明對象渲染，能夠正常寫入深度緩衝區並參與延遲光照計算。

性能優化技術

相比真正的透明度渲染，Dither節點具備更優的性能表現。它有效規避了透明度排序問題，減少overdraw，同時在視覺上提供相近的體驗，特別適合大規模使用半透明效果的場景。

技術實現深度解析

算法代碼分析

生成的HLSL代碼揭示了Dither節點的內部工作機制。核心算法包含三個主要部分：座標轉換、閾值矩陣定義與索引計算。這種實現方式確保了高效的運行性能與一致的視覺效果。

閾值矩陣的設計基於數學上的最優分佈，16個閾值經過精心計算，確保在各種情況下均能產生自然的抖動效果。每個閾值對應4x4像素塊中的特定位置，通過模運算確定當前像素應使用的閾值。

自定義擴展可能性

儘管Dither節點提供標準化的抖動功能，開發者仍可通過Custom Function節點實現自定義抖動算法。這為特殊需求的應用場景提供了靈活性，允許根據項目要求調整抖動模式或閾值分佈。

常見問題與解決方案

性能瓶頸識別

使用Dither節點時可能遭遇性能問題，尤其在低端設備上。通過合理配置閾值範圍與優化節點連接，可在保持視覺效果的同時最小化性能開銷。

視覺瑕疵處理

不當的抖動參數設置可能導致視覺瑕疵，如過於明顯的噪聲圖案或不自然的邊緣。通過細緻調整閾值並測試不同場景下的表現，可找到最佳參數組合。

實際項目集成指南

材質參數配置

在項目中使用Dither節點時，合理的材質參數配置至關重要。Dither參數的默認值通常設為1，而Threshold參數則用於控制Alpha剪切的具體閾值。

腳本控制接口

通過C#腳本動態控制Dither參數可實現更具交互性的視覺效果。典型應用包括基於遊戲狀態的透明度變化、角色特殊狀態指示與環境交互反饋。

【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達
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