【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

Mesh网格定义与核心概念

顶点（Vertex）的本质与特性

顶点是构成3D模型的基本几何单元，每个顶点在三维空间中具有明确的坐标位置（x,y,z）。在Unity中，顶点不仅包含位置信息，还承载着模型渲染所需的多维数据：

• 法线（Normal）：垂直于表面的单位向量，决定光照计算的反射方向。平滑着色时，法线通过相邻面计算；硬边着色则直接使用面法线。
• UV坐标：二维纹理映射坐标，将2D纹理精准贴合到3D表面。UV值范围通常为0-1，超出部分通过纹理环绕模式处理。
• 顶点颜色：支持RGBA通道的颜色数据，常用于实现渐变纹理或动态光照效果。

程序化顶点生成

通过Shader Graph的Position节点和数学运算，可动态生成顶点位置。例如，创建波浪效果：

// 伪代码示例：顶点位置偏移

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

此代码通过正弦函数沿X轴生成周期性波动，实现水面扭曲效果。

面（Face）的构成与渲染优化

三角形面片的优势

三角形作为3D建模的最小单位，具有以下核心特性：

• 平面性：三个顶点必然共面，简化碰撞检测和光照计算。
• 固定朝向：通过顶点顺序（顺时针/逆时针）定义正面/背面，支持背面剔除提升渲染效率。
• 计算高效：三角形仅需3个顶点和3条边，比多边形更适合GPU并行处理。

多边形的实现原理

虽然多边形面片（如四边形）在建模中更直观，但渲染时会被分解为三角形。例如，Unity的网格渲染器会自动将四边形拆分为两个三角形，确保硬件兼容性。

URP Shader Graph中的网格数据处理

顶点属性节点详解

在Shader Graph中，通过以下节点访问顶点数据：

• Position：获取模型空间或世界空间坐标。
• Normal：读取法线向量，用于光照计算。
• UV：访问纹理坐标，支持多通道UV（如UV1、UV2）。
• Color：读取顶点颜色，支持与纹理混合。

示例：动态法线修改

创建凹凸效果时，可通过修改法线改变光照表现：

// 伪代码示例：法线扰动

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

此代码沿Y轴添加正弦波动，模拟表面起伏。

纹理映射与UV坐标实践

UV坐标的工作原理

UV坐标通过将3D表面展开为2D平面实现纹理映射。例如，立方体需6组UV坐标，而球体通常使用球形投影或立方体映射。

多通道UV应用

复杂模型可能使用多组UV坐标：

• UV1：主纹理通道。
• UV2：辅助纹理（如法线贴图）。
• UV3：顶点动画或动态遮罩。

在Shader Graph中，通过UV节点选择通道，结合Sample Texture 2D实现多纹理混合。

顶点颜色与动态效果

顶点颜色的应用场景

• 渐变纹理：通过顶点颜色控制材质过渡。
• 动态光照：结合顶点颜色实现局部光照变化。
• 调试工具：可视化法线或UV坐标。

示例：顶点颜色驱动透明度

创建渐隐效果时，可通过顶点颜色控制透明度：

// 伪代码示例：颜色驱动透明度

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

此代码根据顶点Alpha值平滑调整透明度，实现边缘渐隐。

URP Shader Graph的优化技巧

性能优化策略

• 减少动态计算：将顶点属性计算移至顶点着色器。
• 合并属性：通过Attributes节点打包数据，减少采样次数。
• 使用LOD：根据距离简化网格复杂度。

移动端适配

• 简化着色器：避免复杂数学运算。
• 压缩纹理：使用ASTC或ETC2格式。
• 动态批处理：启用URP的自动批处理功能。

进阶应用：程序化网格生成

动态网格创建

通过Create Mesh节点和Set Mesh节点，可在运行时生成网格：

// 伪代码示例：生成平面网格

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 };

此代码创建了一个包含两个三角形的平面。

实例化渲染

使用Instancing节点和Set Mesh节点，可高效渲染大量相同网格：

// 伪代码示例：实例化渲染` 

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

此代码为所有实例设置统一颜色，减少Draw Calls。

常见问题与解决方案

法线错误

• 现象：模型出现光照异常。
• 解决：检查法线方向，使用Normalize节点修正。

UV拉伸

• 现象：纹理在模型表面扭曲。
• 解决：优化UV展开，或使用Tiling And Offset节点调整。

性能瓶颈

• 现象：帧率下降。
• 解决：简化着色器，减少动态计算，启用批处理。

总结与最佳实践

URP Shader Graph通过可视化节点系统，大幅降低了着色器开发门槛。掌握网格数据处理的核心要点：

• 顶点属性：灵活运用位置、法线、UV和颜色。
• 三角形优势：利用其平面性和计算效率优化渲染。
• 程序化生成：通过动态创建实现复杂效果。
• 性能优化：减少计算，合并数据，适配移动端。

结合URP的渲染管线特性和Shader Graph的节点化设计，开发者可快速实现从简单材质到复杂视觉效果的全方位创作。

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