【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

描述

CustomDiffuse节点是Unity URP Shader Graph中一个功能强大的光照计算节点，专门用于实现用户自定义的固有色光照效果。该节点为着色器开发者提供了高度灵活的光照控制能力，允许用户基于物理的渲染原则或艺术化的视觉需求来定义材质的漫反射行为。在实时渲染管线中，漫反射光照是表面着色的基础组成部分，它决定了材质在直接光照下的基本外观特征。

CustomDiffuse节点的核心价值在于其可定制性。与标准的Lambert或Oren-Nayar漫反射模型不同，这个节点不强制使用特定的光照算法，而是将光照计算的各个要素作为输入端口开放给用户。这种设计理念使得开发者能够根据项目特定的视觉风格或性能要求，实现从简单的N·L点积计算到复杂的自定义BRDF模型。

在实际应用场景中，CustomDiffuse节点特别适合那些需要特殊材质表现的场合。比如在风格化渲染中，艺术家可能希望实现非真实感的漫反射过渡，或者在特定类型的表面（如丝绸、绒毛等）上实现物理准确的散射效果。通过组合不同的输入数据和自定义计算逻辑，开发者可以精确控制光线与材质表面的交互方式。

该节点的另一个重要特性是其与URP渲染管线的深度集成。它能够正确处理URP中的多光源设置、光照衰减和阴影信息，确保自定义的漫反射计算能够与引擎的其他渲染组件协同工作。这种集成保证了即使在复杂的场景光照条件下，自定义的漫反射效果也能保持视觉一致性和性能稳定性。

端口

输入端口详解

Diffuse输入端口接收Vector 3类型的数据，代表材质的基础固有色信息。这个端口通常连接到材质的Albedo纹理或基础颜色属性。在物理渲染上下文中，Diffuse输入应该表示材质表面对漫反射光的反射率系数，其数值范围通常在0到1之间。对于高质量的渲染结果，建议使用线性空间颜色值，并确保颜色值符合能量守恒原则。

Light Color输入端口提供灯光本身的颜色信息，这是实现准确色彩再现的关键要素。在URP中，不同类型的灯光（方向光、点光源、聚光灯）都会提供其颜色和强度信息。开发者可以利用这个端口实现各种创意效果，比如通过修改灯光颜色来模拟特殊的光照环境，或者根据表面特性对灯光颜色进行过滤处理。

Light Attenuation端口处理光照的衰减和阴影信息，这是实现真实光照效果的重要组成部分。该输入通常来自Shader Graph中的光照衰减节点，包含了距离衰减、角度衰减以及实时阴影数据。对于高级用法，开发者可以结合Shadowmask和光照探针数据来实现更复杂的光照交互效果。

Normal WS端口要求世界空间下的法线向量输入，这是计算光照方向性的基础。正确的法线数据对于任何基于物理的光照模型都至关重要。在实际使用中，法线信息可以来自顶点法线、法线贴图，或者是通过自定义计算生成的修改法线。确保法线向量为单位长度是获得准确光照结果的必要前提。

Light Direction WS端口提供从表面点到光源的方向向量，同样在世界空间下表示。这个向量通常通过标准化处理，并且指向光源的方向。在多点光源场景中，需要为每个光源分别计算其方向向量。对于方向光，这个方向是恒定的；而对于点光源和聚光灯，则需要基于片元位置实时计算。

输出端口特性

Out输出端口生成最终的自定义漫反射照明结果，以Vector 3形式表示RGB颜色值。这个输出可以直接用于后续的光照计算，或者与其他光照组件（如高光反射、环境光等）进行混合。输出的颜色值应该保持在合理的范围内，避免出现HDR效果，除非后续有适当的色调映射处理。

端口交互与数据流

理解这些端口之间的数据流关系对于有效使用CustomDiffuse节点至关重要。典型的数据处理流程开始于Diffuse和Light Color的乘法组合，这建立了基础的色彩响应。接着通过法线和光照方向的点积计算获得基础的漫反射强度，再结合光照衰减因子来模拟距离和阴影的影响。

在实际的着色器构建过程中，这些端口的连接顺序和数据处理方式可以根据需求灵活调整。例如，在某些卡通渲染风格中，可能会在计算N·L点积后添加一个步进函数来创建硬边缘的阴影过渡。而在追求物理准确性的场景中，则可能使用更复杂的函数来模拟表面粗糙度对漫反射的影响。

核心算法原理

基础光照模型

CustomDiffuse节点的默认行为基于经典的Lambertian漫反射模型，这是计算机图形学中最基础且广泛应用的光照模型之一。Lambert模型的核心理念是表面反射的光线强度与入射光线方向和表面法线夹角的余弦值成正比。数学表达式为：Diffuse = Albedo × LightColor × max(0, N·L)，其中N·L表示法向量与光照方向向量的点积。

这个简单的模型虽然物理上不够精确，但在实时渲染中因其计算效率和直观性而被广泛使用。它假设表面是理想的漫反射体，在各个观察方向上呈现相同的亮度。在实际实现中，max(0, N·L)操作确保了当光线从表面后方照射时不会产生负值光照，这是符合物理直觉的约束。

高级漫反射模型

对于需要更高质量渲染效果的项目，CustomDiffuse节点可以扩展实现更先进的漫反射模型。Oren-Nayar模型是一个著名的改进，它考虑了表面粗糙度对漫反射的影响。与Lambert模型不同，Oren-Nayar不假设表面是完美漫反射体，而是通过粗糙度参数模拟微表面细节对光线的散射效应。

另一个值得关注的模型是Disney principled BRDF中的漫反射组件，它结合了多种散射效应以提供更加物理准确的结果。这种模型通常包含次表面散射的近似模拟，能够更好地表现诸如布料、皮肤等特殊材质的视觉特性。

能量守恒考虑

在实现自定义漫反射模型时，能量守恒是一个重要的物理原则。它要求表面反射的光线总能量不能超过入射光线的能量。在着色器设计中，这意味着漫反射、镜面反射和其他光能传输组件的总和应当合理约束。通过CustomDiffuse节点，开发者可以精确控制漫反射组件的能量分配，确保渲染结果的物理合理性。

实际应用示例

基础Lambert漫反射实现

创建一个基础的Lambert漫反射效果是理解CustomDiffuse节点用法的理想起点。首先需要在Shader Graph中创建相应的节点网络：

• 将Albedo纹理或颜色属性连接到Diffuse输入端口
• 使用URP中的Main Light节点获取主光源的颜色和方向信息
• 通过Transform节点将物体空间法线转换到世界空间
• 计算法线与光照方向的点积，并使用Saturate节点限制结果在0-1范围内
• 将点积结果与光源颜色和Albedo颜色相乘，得到基础的漫反射输出

这种实现方式虽然简单，但已经能够为大多数实体材质提供可信的漫反射效果。它是许多游戏和交互应用中漫反射计算的基础。

风格化卡通渲染

在非真实感渲染中，CustomDiffuse节点可以创造出各种艺术化的光照效果。卡通渲染通常特征化地使用硬阴影边界和有限的颜色过渡。实现这种效果的关键在于对N·L点积结果进行离散化处理：

• 使用Remap节点调整点积的范围和分布
• 通过Posterize节点或自定义的步进函数创建离散的光照级别
• 可以添加边缘光效果，通过在法线与视角方向接近垂直时添加额外的光照项
• 结合阴影色阶，使用多个CustomDiffuse节点分别处理不同光照区域的颜色

这种技术广泛应用于动漫风格的游戏和媒体作品中，能够创造出鲜明、富有表现力的视觉风格。

布料和毛发特殊材质

某些材质类型需要特殊的漫反射处理来准确表现其视觉特性。布料材质通常表现出逆向的反射特性——当光照方向与观察方向相反时反而显得更亮。这种效果可以通过在CustomDiffuse节点中实现Wrap Lighting模型来实现：

• 修改标准的N·L计算，添加一个偏移量：diffuse = saturate((N·L + w) / (1 + w))
• 其中w参数控制包裹效果的强度，典型值在0到1之间
• 对于绒毛材质，可以使用sheen项模拟边缘处的背光散射效果

这些高级用法展示了CustomDiffuse节点在实现特定材质特性时的灵活性和强大功能。

性能优化建议

计算复杂度管理

在使用CustomDiffuse节点实现复杂光照模型时，需要注意计算性能的平衡。实时渲染对着色器的计算效率有严格要求，特别是在移动平台或VR应用中。以下是一些优化建议：

• 尽可能使用最简单的光照模型满足视觉需求
• 避免在CustomDiffuse计算中使用复杂的数学函数如sin、pow等
• 考虑使用近似计算代替精确但昂贵的运算
• 对于静态物体，可以考虑将部分光照信息烘焙到光照贴图中

平台特定优化

不同硬件平台对着色器计算的能力和限制各不相同。在针对多平台开发时，需要特别关注：

• 移动平台通常对分支语句和复杂纹理查询更加敏感
• 在性能受限的情况下，可以考虑使用更低的计算精度（half代替float）
• 某些平台可能对特定类型的数学运算有硬件加速，可以优先使用这些运算

光照模型简化策略

当项目面临性能压力时，可以考虑以下简化策略：

• 使用预计算的查找纹理（LUT）替代实时复杂计算
• 将部分每像素计算转移到每顶点计算
• 在远距离或小尺寸物体上使用简化的光照模型
• 利用URP的着色器变体功能，为不同质量设置提供不同复杂度的实现

常见问题与解决方案

光照不一致问题

在使用CustomDiffuse节点时，可能会遇到不同光源条件下光照效果不一致的问题。这通常是由于没有正确处理多光源环境或光照空间转换错误导致的：

• 确保所有向量计算在相同的坐标空间中进行（通常推荐世界空间）
• 检查法线向量的长度是否为单位长度，非单位法线会导致错误的光照计算
• 验证光照方向向量是否正确指向光源，对于点光源需要基于片元位置计算方向

阴影衔接问题

自定义漫反射模型与URP阴影系统的集成可能会产生视觉瑕疵，特别是在阴影边界处：

• 确保Light Attenuation输入正确包含了阴影信息
• 在自定义模型中考虑阴影柔和度与漫反射过渡的协调性
• 可以使用阴影颜色调制来改善阴影区域的艺术表现

HDR和颜色管理

在高动态范围渲染中，CustomDiffuse节点的输出可能需要特殊处理：

• 注意颜色值范围，避免在未经色调映射的情况下输出HDR值
• 在线性颜色空间下进行所有光照计算，确保物理准确性
• 对于特别明亮的光源，可能需要单独处理以避免颜色过饱和

高级技巧与创意应用

动态材质效果

CustomDiffuse节点不仅可以处理静态光照计算，还可以实现各种动态效果：

• 基于时间或顶点位置调制漫反射颜色，创建动态变化的表面外观
• 结合噪声纹理模拟表面污染、磨损等随时间变化的效果
• 使用世界空间坐标实现与场景位置相关的材质变化

非真实感渲染技术

除了传统的真实感渲染，CustomDiffuse节点在NPR领域也有广泛应用：

• 实现水墨画风格的渐变控制，通过自定义的过渡函数
• 创建素描效果，使用hatching纹理基于光照强度进行混合
• 模拟油画笔触，结合噪声和方向性光照响应

特殊场景应用

在某些特定类型的场景中，CustomDiffuse节点可以提供针对性的解决方案：

• 在水下环境中模拟光线的吸收和散射效应
• 在雾霭场景中实现距离相关的颜色衰减
• 为雪地或沙漠等高反射环境创建特殊的光照响应

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Baked GI 节点是 Unity URP Shader Graph 中一个重要的光照计算节点，它允许着色器访问预计算的光照信息，为场景中的静态物体提供高质量的间接光照效果。在实时渲染中，全局光照（Global Illumination）的计算通常非常耗费性能，因此 Unity 提供了烘焙光照的解决方案，将复杂的光照计算预先处理并存储在光照贴图或光照探针中，运行时直接采样这些预计算数据，既能保证视觉效果又能保持高性能。

该节点的核心功能是根据物体的位置和朝向，从预先烘焙的光照数据中获取相应的光照颜色值。这些数据可以来自两种主要来源：光照贴图用于静态几何体，以及光照探针用于动态物体或需要动态光照的静态物体。通过合理使用 Baked GI 节点，开发者可以创建出具有丰富间接光照和真实感光照交互的着色器，而无需承担实时全局光照计算的性能开销。

在 URP 管线中，Baked GI 节点的实现经过了优化，专门针对移动平台和性能敏感的场景。与内置渲染管线或 HDRP 相比，URP 中的 Baked GI 节点可能有一些特定的限制和行为差异，但这些差异主要是为了确保在目标平台上的最佳性能表现。理解这些差异对于创建跨管线兼容的着色器至关重要。

描述

Baked GI 节点为着色器提供了访问烘焙全局光照值的能力，这些值可以在顶点着色器或片元着色器阶段使用。节点需要几个关键的输入参数来确定如何采样光照数据，包括世界空间中的位置和法线向量，以及用于光照贴图采样的 UV 坐标。

烘焙全局光照基础

烘焙全局光照是 Unity 光照系统的重要组成部分，它通过预计算场景中光线如何在不同表面之间反射和传播，生成静态的光照信息。这个过程包括直接光照和间接光照的计算，但只针对标记为静态的物体进行。烘焙完成后，光照信息会被存储到光照贴图或光照探针中：

• 光照贴图是应用于静态几何体的纹理，包含预先计算的光照信息
• 光照探针是在场景空间中放置的采样点，存储了该位置的光照信息，可用于动态物体或需要动态光照的静态物体

Baked GI 节点的作用就是在着色器执行时，根据提供的输入参数，从这些预计算的光照数据中获取相应的颜色值。

位置和法线输入的重要性

位置和法线输入对于正确采样光照探针数据至关重要。光照探针数据是基于球谐函数编码的，这种编码方式能够高效地存储全方向的光照信息。当着色器需要获取某点的光照信息时，系统会根据该点的位置找到最近的光照探针组，然后使用法线方向来评估球谐函数，得到该方向上的光照颜色。

如果提供的位置或法线不正确，可能会导致光照采样错误，表现为不自然的光照过渡或错误的光照方向。因此，确保这些输入参数的准确性是使用 Baked GI 节点的关键。

光照贴图坐标的作用

Static UV 和 Dynamic UV 输入用于采样不同类型的光照贴图：

• Static UV 通常对应网格的 UV1 通道，用于采样静态光照贴图
• Dynamic UV 通常对应网格的 UV2 通道，用于采样动态全局光照的光照贴图

在 Unity 的光照设置中，开发者可以选择使用不同的光照模式，如 Baked、Mixed 或 Realtime。对于 Mixed 光照模式的静态物体，Unity 会生成两套光照贴图：一套用于完全烘焙的光照，另一套用于与实时光照结合的效果。Baked GI 节点通过不同的 UV 输入来访问这些不同的光照贴图。

节点行为的管线依赖性

一个重要的注意事项是，Baked GI 节点的具体行为并未在全局范围内统一定义。Shader Graph 本身并不定义这个节点的功能实现，而是由每个渲染管线决定为此节点生成什么样的 HLSL 代码。这意味着：

• 在高清渲染管线中，Baked GI 节点可能有特定的优化和功能
• 在通用渲染管线中，节点的实现可能更注重性能和跨平台兼容性
• 在内置渲染管线中，节点的行为可能又有所不同

这种设计使得每个渲染管线可以根据自身的架构和需求，优化 Baked GI 节点的实现方式。对于着色器开发者来说，这意味着如果计划创建在多种渲染管线中使用的着色器，需要在每个目标管线中测试 Baked GI 节点的行为，确保它按预期工作。

无光照着色器中的限制

在 URP 和 HDRP 中，Baked GI 节点不能在无光照着色器中使用。无光照着色器通常用于不需要复杂光照计算的物体，如UI元素、粒子效果或特殊效果。这些着色器通常会绕过管线的标准光照流程，因此无法访问烘焙全局光照数据。

如果尝试在无光照着色器中使用 Baked GI 节点，可能会遇到编译错误或运行时错误。对于需要简单光照的无光照物体，考虑使用其他光照技术，如顶点光照或简单的漫反射计算。

端口

Baked GI 节点包含多个输入端口和一个输出端口，每个端口都有特定的功能和数据要求。理解这些端口的作用对于正确使用节点至关重要。

Position 输入端口

Position 输入端口接收世界空间中的位置坐标，用于确定光照采样的空间位置。这个位置信息主要用于：

• 光照探针采样：确定使用哪些光照探针的数据
• 光照贴图索引：在某些情况下，帮助确定使用哪张光照贴图

在大多数情况下，应该将物体的世界空间位置连接到这个端口。在顶点着色器阶段使用 Baked GI 节点时，可以使用 Position 节点获取顶点在世界空间中的位置；在片元着色器阶段使用时，可以使用屏幕位置或通过其他方式计算得到的世界位置。

当使用光照探针时，位置输入的准确性尤为重要。如果位置偏差过大，可能会导致物体采样到错误位置的光照探针数据，造成光照不匹配的现象。

Normal 输入端口

Normal 输入端口接收世界空间中的法线向量，用于确定表面朝向，从而影响光照采样的方向。法线输入的主要作用包括：

• 光照探针评估：球谐光照基于法线方向评估光照颜色
• 光照贴图采样：在某些高级用法中，法线可能影响光照贴图的采样方式

法线向量应当是世界空间中的单位向量。如果提供的法线没有归一化，可能会导致光照计算错误。通常情况下，可以使用 Transform 节点将物体空间法线转换到世界空间，并确保使用正确的变换矩阵（通常是转置逆矩阵）。

对于动态法线效果（如法线贴图），需要将修改后的法线向量连接到 Normal 端口，这样 Baked GI 节点就会基于修改后的表面朝向计算光照，创造出更加丰富的视觉效果。

Static UV 输入端口

Static UV 输入端口用于指定静态光照贴图的纹理坐标。这些坐标通常对应于网格的 UV1 通道，也就是在建模软件中为光照贴图准备的 UV 集。Static UV 的作用包括：

• 采样完全烘焙的光照贴图
• 访问静态物体的间接光照信息
• 在 Mixed 光照模式下，采样烘焙的间接光照部分

当场景中使用 Baked 或 Mixed 光照模式时，Unity 会为静态物体生成光照贴图。这些光照贴图包含了预计算的直接和间接光照信息。Static UV 输入确保着色器能够正确访问这些光照数据。

如果网格没有正确设置光照贴图 UV，或者 Static UV 输入不正确，可能会导致光照贴图采样错误，表现为拉伸、扭曲或重复的光照图案。

Dynamic UV 输入端口

Dynamic UV 输入端口用于指定动态光照贴图的纹理坐标，通常对应于网格的 UV2 通道。Dynamic UV 的主要应用场景包括：

• 在 Mixed 光照模式下，采样用于实时光照交互的光照贴图
• 访问动态全局光照系统生成的光照信息
• 处理需要与实时光源交互的静态物体的光照

在 Mixed 光照模式下，Unity 会为静态物体生成两套光照贴图：一套用于完全烘焙的光照（通过 Static UV 访问），另一套用于与实时光源结合的效果（通过 Dynamic UV 访问）。这种设计允许静态物体既受益于高质量的烘焙光照，又能与场景中的实时光源正确交互。

Out 输出端口

Out 输出端口提供从烘焙全局光照系统采样的颜色值。这个输出是三维向量，表示 RGB 颜色空间中的光照颜色。输出的光照值已经考虑了：

• 直接光照和间接光照的贡献
• 颜色反射和光能传递效果
• 场景的环境光遮蔽

输出的颜色值通常需要与材质的反照率颜色相乘，以实现正确的光照着色。在基于物理的着色模型中，Baked GI 的输出代表入射光强度，应当与表面反照率相乘来计算出射光强度。

在某些高级用法中，Baked GI 的输出可以用于更复杂的光照计算，如与实时光照结合，或作为其他着色效果的输入。

控件

Baked GI 节点提供了一个重要的控件选项，用于调整光照贴图的处理方式。

Apply Lightmap Scaling 切换

Apply Lightmap Scaling 是一个布尔切换控件，决定是否对光照贴图坐标自动应用缩放和偏移。这个选项默认为启用状态，在大多数情况下应该保持启用。

当启用 Apply Lightmap Scaling 时，节点会自动应用 Unity 光照系统中定义的光照贴图缩放和偏移变换。这些变换确保光照贴图正确映射到网格表面，考虑到了光照贴图的分包、排列和压缩设置。

禁用 Apply Lightmap Scaling 的情况较为少见，通常只在以下特定场景中考虑：

• 当手动处理光照贴图坐标时
• 当使用自定义的光照贴图布局时
• 在某些特殊效果着色器中，需要直接访问原始光照贴图坐标

在大多数标准用法中，建议保持此选项启用，以确保光照贴图正确映射。如果禁用此选项，需要手动确保光照贴图坐标的正确性，否则可能导致光照贴图采样错误。

生成代码示例

Baked GI 节点在生成着色器代码时，会根据所在的渲染管线产生相应的 HLSL 代码。以下示例展示了 URP 中 Baked GI 节点可能生成的代码结构。

基本函数定义

HLSL

void Unity_BakedGI_float(float3 Position, float3 Normal, float2 StaticUV, float2 DynamicUV, out float3 Out)
{
    Out = SHADERGRAPH_BAKED_GI(Position, Normal, StaticUV, DynamicUV, false);
}

这个函数定义展示了 Baked GI 节点的基本代码结构。函数接收位置、法线和光照贴图坐标作为输入，通过 SHADERGRAPH_BAKED_GI 宏计算烘焙全局光照值，并将结果输出到 Out 参数。

SHADERGRAPH_BAKED_GI 是一个由 Shader Graph 系统定义的宏，它的具体实现取决于目标渲染管线。在 URP 中，这个宏会展开为访问 URP 烘焙光照系统的代码。

实际应用示例

在实际的着色器中，Baked GI 节点通常与其他光照计算结合使用。以下是一个简单的表面着色器示例，展示如何将 Baked GI 与实时直接光照结合：

HLSL

void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
    // 采样反照率贴图
    fixed4 albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;

    // 获取烘焙全局光照
    float3 bakedGI;
    Unity_BakedGI_float(IN.worldPos, IN.worldNormal, IN.uv1, IN.uv2, bakedGI);

    // 计算实时直接光照（简化示例）
    float3 directLight = _LightColor0 * max(0, dot(IN.worldNormal, _WorldSpaceLightPos0.xyz));

    // 结合光照
    o.Albedo = albedo.rgb;
    o.Emission = bakedGI * albedo.rgb;
    // 直接光照已经在光照模型中处理
}

这个示例展示了烘焙间接光照与实时直接光照的基本结合方式。在实际的 URP 着色器中，光照计算可能更加复杂，涉及更多光照模型和渲染特性。

顶点与片元着色器中的使用

Baked GI 节点既可以在顶点着色器中使用，也可以在片元着色器中使用，取决于性能和质量的需求：

顶点着色器中使用：

HLSL

v2f vert (appdata v)
{
    v2f o;
    // ... 其他顶点变换

    // 在顶点着色器中计算烘焙GI
    Unity_BakedGI_float(mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz,
                        normalize(mul(v.normal, (float3x3)unity_WorldToObject)),
                        v.uv1, v.uv2, o.bakedGI);

    return o;
}

片元着色器中使用：

HLSL

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    // 在片元着色器中计算烘焙GI（更高质量）
    float3 bakedGI;
    Unity_BakedGI_float(i.worldPos, normalize(i.worldNormal), i.uv1, i.uv2, bakedGI);

    // ... 其他着色计算
}

在顶点着色器中使用 Baked GI 性能更好，但光照细节较少；在片元着色器中使用质量更高，但性能开销更大。根据目标平台和性能要求选择合适的阶段。

最佳实践和性能考虑

使用 Baked GI 节点时，遵循一些最佳实践可以确保最佳的性能和视觉效果。

光照贴图设置优化

确保场景的光照贴图设置正确优化：

• 使用适当的光照贴图分辨率，平衡质量和内存使用
• 合理设置光照贴图压缩，在移动平台上使用压缩格式
• 对不需要高质量光照的物体使用较低的光照贴图分辨率

光照探针布局优化

光照探针的布局影响动态物体的光照质量：

• 在光照变化明显的区域放置更多光照探针
• 确保动态物体的移动路径上有足够的光照探针覆盖
• 使用光照探针代理卷提高大范围区域的光照探针效率

着色器性能优化

在着色器中使用 Baked GI 节点时考虑性能：

• 在移动平台上，考虑在顶点着色器中使用 Baked GI
• 对于远处物体，使用简化的光照计算
• 避免在透明物体的着色器中过度使用复杂的光照计算

跨管线兼容性

如果计划创建跨渲染管线使用的着色器：

• 在目标管线中测试 Baked GI 节点的行为
• 使用着色器变体或自定义函数处理管线特定的差异
• 提供回退方案，当 Baked GI 节点不可用时使用替代光照计算

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在Unity的Shader Graph中，Ambient节点是一个重要的环境光照访问工具，它允许着色器获取场景中的环境光照信息。环境光照是全局照明的重要组成部分，能够为场景中的物体提供基础照明，模拟间接光照效果，增强场景的真实感和深度。

Ambient节点的核心功能是提供对Unity场景环境光照设置的访问。在Unity中，环境光照可以通过Window > Rendering > Lighting > Environment面板进行配置。Ambient节点将这些设置暴露给Shader Graph，使得着色器能够根据场景的环境光照设置动态调整材质的外观。

描述

Ambient节点的主要作用是允许着色器访问场景的环境颜色值。这个节点的行为取决于Unity Lighting窗口中的Environment Lighting Source设置。当Environment Lighting Source设置为Gradient时，节点的Color/Sky端口将返回Sky Color值；当设置为Color时，Color/Sky端口将返回Ambient Color值。

无论Environment Lighting Source设置为何值，Equator和Ground端口都会始终分别返回Equator Color和Ground Color值。这种设计使得着色器能够灵活地适应不同的环境光照配置，同时保持对特定环境颜色成分的访问。

需要注意的是，Ambient节点的值更新时机是有限的。仅当进入运行模式或保存当前场景/项目时，才会更新此节点的值。这意味着在编辑模式下修改环境光照设置时，Shader Graph中的Ambient节点可能不会立即反映这些变化，直到执行上述操作之一。

另一个重要注意事项是，此节点的行为未在全局范围内统一定义。Shader Graph本身并不定义此节点的具体函数实现，而是由每个渲染管线为此节点定义要执行的HLSL代码。这意味着不同的渲染管线可能会产生不同的结果，这是在使用Ambient节点时需要特别注意的。

环境光照源类型详解

Unity中的环境光照源主要有两种配置方式，每种方式都会影响Ambient节点的输出结果：

• Color模式：当Environment Lighting Source设置为Color时，环境光照使用单一颜色值。这种模式下，Ambient节点的Color/Sky端口将返回在Lighting窗口中设置的Ambient Color值。这种配置适用于需要简单、统一环境照明的场景，或者风格化渲染中。
• Gradient模式：当选择Gradient模式时，环境光照使用三种颜色组成的渐变：Sky Color（天空颜色）、Equator Color（赤道颜色）和Ground Color（地面颜色）。这种模式下，Ambient节点的Color/Sky端口返回Sky Color，而Equator和Ground端口分别返回对应的颜色值。这种配置能够创建更加自然的环境光照效果，模拟从天空到地面的颜色过渡。

使用限制与注意事项

Ambient节点在使用中有几个重要的限制需要了解：

• 值更新时机：Ambient节点的值不会实时更新。只有在进入运行模式或保存场景/项目时，节点才会更新其输出值。这意味着在编辑模式下调整环境光照设置时，需要执行这些操作之一才能看到更新后的效果。
• 渲染管线依赖性：此节点的行为完全依赖于所使用的渲染管线。不同的渲染管线可能实现不同的环境光照计算方式，导致相同的着色器在不同管线中产生不同的视觉效果。
• 跨管线兼容性：如果计划构建需要在多个渲染管线中使用的着色器，务必在实际应用前在两个管线中都进行检查测试。某些节点可能在一个渲染管线中已定义，而在另一个中未定义。
• 未定义行为处理：如果Ambient节点在某个渲染管线中未定义，它将返回0（黑色）。这可能导致着色器显示异常，因此在跨管线开发时需要特别注意。

支持的渲染管线

Ambient节点的支持情况因渲染管线而异：

• 通用渲染管线（URP）：完全支持Ambient节点。在URP中，Ambient节点能够正确访问场景的环境光照设置，并根据Environment Lighting Source配置返回相应的颜色值。
• 高清渲染管线（HDRP）：不支持Ambient节点。HDRP使用不同的环境光照系统，因此需要采用其他方法访问环境光照信息。在HDRP中，通常使用HDRI天空或物理天空系统，并通过不同的节点或方式访问环境光照。
• 内置渲染管线：在传统的内置渲染管线中，Ambient节点通常能够正常工作，但具体行为可能因Unity版本而异。

了解所在渲染管线对Ambient节点的支持情况至关重要，特别是在进行跨管线项目开发或着色器资源迁移时。如果需要在HDRP中实现类似环境光照访问的功能，通常需要探索HDRP特定的节点和光照访问方法。

端口

Ambient节点提供三个输出端口，每个端口都输出Vector 3类型的三维向量，表示RGB颜色值。这些端口使着色器能够访问环境光照的不同组成部分，为材质提供丰富的环境光照信息。

Color/Sky 端口

Color/Sky端口是Ambient节点的主要输出端口，其行为随Environment Lighting Source设置而变化：

• 当Environment Lighting Source设置为Color时，此端口返回Ambient Color值
• 当Environment Lighting Source设置为Gradient时，此端口返回Sky Color值
• 输出类型为Vector 3，包含RGB颜色分量
• 这是最常用的环境光照访问端口，通常用于提供材质的基础环境照明

Equator 端口

Equator端口提供对环境光照中赤道颜色成分的访问：

• 无论Environment Lighting Source设置为何值，此端口始终返回Equator Color值
• 在Gradient模式下，Equator Color表示天空与地面之间的中间颜色
• 在Color模式下，Equator Color仍然可用，但通常与Ambient Color相同或类似
• 输出类型为Vector 3，可用于创建更复杂的环境光照响应效果

Ground 端口

Ground端口专门用于访问环境光照中的地面颜色：

• 无论Environment Lighting Source设置为何值，此端口始终返回Ground Color值
• 在Gradient模式下，Ground Color表示场景底部的环境颜色，模拟地面反射的光照
• 在Color模式下，Ground Color仍然可用，但通常与Ambient Color相同或类似
• 输出类型为Vector 3，适用于需要区分上下表面环境照明的材质

端口使用策略

理解这些端口的特性和行为对于有效使用Ambient节点至关重要：

• 动态行为：Color/Sky端口的动态特性使其能够适应不同的环境光照配置，但这也意味着着色器在不同配置下可能产生不同的视觉效果
• 一致性保证：Equator和Ground端口的一致行为使得着色器能够可靠地访问这些特定的环境颜色成分，无论整体环境光照如何配置
• 数据绑定：这些端口均无特定绑定，直接输出颜色值，可以连接到任何接受Vector 3输入的节点，如颜色混合、光照计算或材质参数

环境光照配置与Ambient节点的关系

要充分利用Ambient节点，需要深入理解Unity环境光照系统的工作原理及其与节点的交互方式。环境光照不仅影响场景的整体亮度，还极大地影响材质的视觉表现和场景的氛围。

Environment Lighting Source配置

Environment Lighting Source是控制环境光照行为的核心设置，位于Lighting窗口的Environment部分。这一设置直接影响Ambient节点的输出：

• Color模式配置：
  • 设置单一的Ambient Color，影响整个场景的环境光照
  • Ambient Intensity控制环境光的强度
  • 在这种模式下，Ambient节点的Color/Sky端口直接返回Ambient Color值
  • 适用于风格化场景或性能要求较高的项目
• Gradient模式配置：
  • 设置三个颜色值：Sky、Equator和Ground
  • 创建从天空到地面的颜色渐变，模拟更自然的环境光照
  • Ambient节点的三个端口分别对应这三个颜色值
  • Intensity控制整体环境光强度
  • 适用于追求真实照明的场景
• Skybox模式：
  • 使用指定的天空盒材质提供环境光照
  • 环境颜色从天空盒动态采样计算
  • Ambient节点在这种模式下的行为可能因渲染管线而异
  • 提供最真实的环境光照效果，但计算成本较高

环境反射与环境光照

除了直接的环境光照，Unity还提供了环境反射设置，与环境光照协同工作：

• Source设置：可以选择Skybox或Custom提供环境反射
• Resolution：控制环境反射贴图的分辨率
  • Compression：设置环境反射贴图的压缩方式
  • Intensity：控制环境反射的强度，影响材质的反射效果

环境反射与环境光照共同作用，决定了材质如何响应场景的全局照明。Ambient节点主要关注环境光照（直接照明），而环境反射通常通过反射探头或天空盒单独处理。

实时更新与烘焙考虑

环境光照的设置还与光照烘焙方式相关：

• Realtime环境光照：动态变化的环境光照会实时影响Ambient节点的输出
• Baked环境光照：烘焙到光照贴图的环境光照在运行时不变，Ambient节点输出相应固定值
• Mixed光照：结合实时和烘焙特性，Ambient节点可能需要特殊处理

理解这些光照模式对于预测Ambient节点在不同场景中的行为非常重要，特别是在涉及动态光照变化或昼夜循环的项目中。

实际应用示例

Ambient节点在Shader Graph中有多种实际应用，从简单的颜色调整到复杂的环境响应效果。以下是一些常见的应用场景和实现方法。

基础环境光照应用

最基本的应用是将环境光照直接应用于材质：

• 创建Unlit Master节点，将Ambient节点的Color/Sky端口直接连接到Base Color输入
• 这样材质将完全由环境光照着色，随着环境光照设置的变化而改变外观
• 适用于需要完全环境照明的物体，如全息投影或发光体

环境敏感材质

创建根据环境光照改变外观的智能材质：

• 使用Ambient节点的输出控制材质的颜色、亮度或反射率
• 例如，将环境光照强度与材质发射强度相乘，创建在明亮环境中较暗、在黑暗环境中较亮的自发光材质
• 可以使用 Separate RGB 节点分离环境颜色分量，分别控制材质的不同属性

三色环境混合

利用Ambient节点的三个输出端口创建复杂的环境响应：

• 根据表面法线方向在Sky、Equator和Ground颜色之间混合
• 使用Normal Vector节点获取表面法线，通过Dot Product计算法线与世界空间向上方向的点积
• 根据点积结果使用Lerp节点在三色之间混合，创建与方向相关的环境着色

环境遮蔽增强

结合环境遮蔽贴图增强环境光照效果：

• 将Ambient节点输出与AO贴图相乘，创建更加真实的环境光照响应
• 在凹处和遮蔽区域减少环境光照影响，增强场景的深度感和立体感
• 可以使用Multiply节点简单混合，或使用更复杂的混合函数实现特定效果

动态材质调整

通过脚本动态调整环境光照，并观察材质响应：

• 在运行时通过Lighting API修改环境光照设置
• 观察材质如何实时响应这些变化（注意Ambient节点的更新限制）
• 适用于需要程序化控制场景氛围或实现昼夜循环的项目

生成的代码示例

Ambient节点在生成的着色器代码中对应特定的HLSL宏或变量。理解这些生成的代码有助于深入理解节点的行为，并在需要时进行手动调整或优化。

标准生成代码

典型的Ambient节点生成代码如下：

float3 _Ambient_ColorSky = SHADERGRAPH_AMBIENT_SKY;
float3 _Ambient_Equator = SHADERGRAPH_AMBIENT_EQUATOR;
float3 _Ambient_Ground = SHADERGRAPH_AMBIENT_GROUND;

这段代码声明了三个float3变量，分别对应Ambient节点的三个输出端口。这些变量通过特定的宏（SHADERGRAPH_AMBIENT_SKY等）获取实际的环境光照值。

宏定义与渲染管线差异

不同渲染管线为这些环境光照宏提供了不同的实现：

• 通用渲染管线（URP）：这些宏通常指向URP着色器库中定义的环境光照变量
• 内置渲染管线：可能使用Unity内置的着色器变量，如UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT
• 自定义实现：在某些情况下，可能需要手动定义这些宏以提供自定义环境光照行为

代码集成示例

在实际着色器中，Ambient节点生成的代码会与其他着色器代码集成：

// Ambient节点生成的变量
float3 _Ambient_ColorSky = SHADERGRAPH_AMBIENT_SKY;
float3 _Ambient_Equator = SHADERGRAPH_AMBIENT_EQUATOR;
float3 _Ambient_Ground = SHADERGRAPH_AMBIENT_GROUND;

// 表面着色器函数
void SurfaceFunction_float(float3 Normal, out float3 Out)
{
    // 基于法线方向混合环境颜色
    float skyFactor = saturate(dot(Normal, float3(0, 1, 0)));
    float groundFactor = saturate(dot(Normal, float3(0, -1, 0)));
    float equatorFactor = 1.0 - skyFactor - groundFactor;

    // 混合环境颜色
    Out = _Ambient_ColorSky * skyFactor +
          _Ambient_Equator * equatorFactor +
          _Ambient_Ground * groundFactor;
}

这个示例展示了如何利用Ambient节点生成的变量创建基于法线方向的环境颜色混合效果。

故障排除与最佳实践

使用Ambient节点时可能会遇到各种问题，了解常见问题及其解决方案非常重要。同时，遵循一些最佳实践可以确保环境光照在着色器中的正确应用。

常见问题与解决方案

• 问题：Ambient节点返回黑色
  • 可能原因：渲染管线不支持Ambient节点
  • 解决方案：检查当前渲染管线，考虑使用替代方案或切换至支持的管线
  • 可能原因：环境光照未正确设置
  • 解决方案：检查Lighting窗口中的环境光照设置，确保已配置有效的环境颜色或渐变
• 问题：环境光照不更新
  • 可能原因：Ambient节点值更新限制
  • 解决方案：进入运行模式或保存场景/项目以更新节点值
  • 可能原因：环境光照设置为Baked且未重新烘焙
  • 解决方案：重新烘焙光照或切换至Realtime环境光照
• 问题：不同平台表现不一致
  • 可能原因：不同平台对环境光照的支持差异
  • 解决方案：在所有目标平台上测试着色器，必要时添加平台特定处理
  • 可能原因：移动设备性能限制导致环境光照简化
  • 解决方案：为移动设备使用简化的环境光照模型

性能优化建议

环境光照访问通常性能开销较低，但在某些情况下仍需注意优化：

• 避免在片段着色器中频繁进行复杂的环境光照计算
• 考虑在顶点着色器中计算环境光照，并通过插值传递到片段着色器
• 对于静态物体，可以考虑将环境光照烘焙到顶点颜色或光照贴图中
• 在性能敏感的平台（如移动设备）上，使用简化的环境光照模型

跨管线兼容性策略

确保着色器在多个渲染管线中正常工作：

• 在目标渲染管线中早期测试Ambient节点的行为
• 使用Shader Graph的Node Library功能检查节点在不同管线中的可用性
• 考虑为不支持Ambient节点的管线提供回退实现
• 使用Custom Function节点编写特定于管线的环境光照代码

版本兼容性注意事项

不同Unity版本可能对环境光照系统和Ambient节点有所改变：

• 在升级Unity版本时，检查环境光照相关的新功能或变更
• 注意不同版本间渲染管线的更新可能影响Ambient节点的行为
• 定期查看Unity官方文档和更新日志，了解相关变更

高级应用技巧

一旦掌握了Ambient节点的基本原理，可以探索一些高级应用技巧，创建更加复杂和有趣的环境响应效果。

动态环境响应

创建根据环境条件动态调整的材质：

• 使用Time节点结合环境光照创建脉动或呼吸效果
• 根据环境亮度自动调整材质的发射强度或反射率
• 使用场景中的光源信息与环境光照结合，创建更加真实的照明响应

风格化环境着色

利用环境光照创建非真实感渲染效果：

• 将环境颜色转换为灰度，用于卡通着色中的阴影区域
• 使用Posterize节点量化环境光照，创建色块化效果
• 通过自定义曲线重新映射环境光照强度，实现特定的艺术风格

环境光照遮罩

创建只影响特定区域的环境光照效果：

• 使用贴图或程序化生成的遮罩控制环境光照的应用区域
• 结合顶点颜色或UV坐标创建复杂的环境光照分布
• 使用世界空间位置驱动环境光照强度，模拟局部环境效果

多环境系统集成

将Ambient节点与其他环境系统结合：

• 与环境反射探头结合，创建完整的环境响应材质
• 与光照探头代理体积（LPPV）集成，实现动态环境光照
• 结合全局光照系统，创建更加真实的材质外观

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达 （欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）

【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

高清场景深度节点（HD Scene Depth Node）是Unity高清渲染管线（HDRP）中一个功能强大的着色器图形节点，专门用于访问当前摄像机的深度缓冲区信息。在实时渲染和后期处理效果开发中，深度信息的获取与处理是创建各种视觉特效的基础，而HD Scene Depth节点正是为此目的设计的核心工具。

深度缓冲区存储了场景中每个像素到摄像机的距离信息，这些数据在渲染过程中被广泛用于实现景深效果、雾效、遮挡处理、屏幕空间反射等多种高级渲染技术。通过HD Scene Depth节点，开发者可以直接在着色器图形中采样这些深度值，无需编写复杂的底层着色器代码，大大提高了开发效率和可视化编程的便捷性。

该节点的设计充分考虑了HDRP的高质量渲染需求，支持多种深度采样模式和mipmap级别访问，为创建电影级画质的实时视觉效果提供了强有力的支持。无论是实现精确的深度检测，还是创建基于深度的复杂材质效果，HD Scene Depth节点都是不可或缺的工具。

描述

高清场景深度节点是Unity着色器图形中专门用于访问当前摄像机深度缓冲区的特殊节点。它通过UV输入参数接收标准化的屏幕坐标，并返回对应位置的深度信息。这一机制使得开发者能够在片元着色器阶段精确获取场景中各点的深度数据，为各种基于深度的渲染效果奠定基础。

在渲染管线中，深度缓冲区是一个至关重要的组件，它记录了从摄像机视角看，场景中每个像素对应的最近表面距离。这些深度信息不仅用于确定物体的前后关系（深度测试），还为许多后处理效果和高级渲染技术提供了必要的数据支持。HD Scene Depth节点的核心价值在于它将这些底层数据以直观、易用的方式暴露给着色器图形用户，让非专业图形程序员也能轻松实现复杂的深度相关效果。

该节点的一个关键特性是它只能在片元着色器阶段使用。这是因为深度缓冲区的完整信息只有在几何体渲染完成后才会变得可用，而片元着色器正是处理每个像素最终颜色的阶段。此外，该节点仅适用于非不透明材质，这是因为透明物体通常需要特殊的渲染顺序和混合处理，其深度信息可能与不透明物体有所不同。

Unity预期UV输入值为标准化的屏幕坐标，这意味着坐标范围应该在[0,1]区间内，其中(0,0)通常表示屏幕左下角，(1,1)表示屏幕右上角。这种标准化坐标系统使得深度采样与具体屏幕分辨率无关，增强了着色器的通用性和可移植性。

除了基本的深度采样功能，HD Scene Depth节点还支持访问深度缓冲区的mipmap。Mipmap是预先计算的不同分辨率版本的纹理，用于提高纹理采样的质量和性能。当进行远距离或斜向的深度采样时，使用适当的mip层级可以减少锯齿和闪烁现象，提高视觉效果的质量。Lod（Level of Detail）输入端口正是用于控制采样时使用的mip层级，允许开发者根据具体需求平衡性能与质量。

深度数据的意义与应用

深度数据在实时渲染中具有广泛的应用价值，理解这些数据的含义和潜在用途对于有效使用HD Scene Depth节点至关重要：

• 空间关系判定：深度值直接反映了像素与摄像机之间的距离关系，可以用于确定物体间的相对位置和遮挡情况
• 后处理效果基础：许多屏幕空间后处理效果，如景深、雾效、边缘检测等，都高度依赖精确的深度信息
• 世界位置重建：结合摄像机参数，深度值可以用于重建像素在世界空间中的实际位置，这是许多高级渲染技术的基础
• 非真实渲染：通过分析深度变化，可以实现轮廓线检测等非真实感渲染效果
• 特效遮罩：基于深度的阈值判断可以创建各种遮罩效果，用于限制特定区域的特效应用范围

节点内部工作机制

从技术角度看，HD Scene Depth节点在着色器编译过程中会被转换为相应的纹理采样指令，具体来说是对深度缓冲区的采样操作。在HDRP中，深度缓冲区通常以特定格式存储，如R32_FLOAT或R16_FLOAT，具体取决于项目的精度要求和硬件支持。

当在着色器图形中使用该节点时，Unity会根据节点的配置生成相应的HLSL代码。例如，当选择Linear01模式时，生成的代码可能会调用类似Linear01Depth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, uv))的函数，将原始的深度缓冲区值转换为[0,1]范围内的线性深度。

值得注意的是，深度缓冲区的实际内容可能因渲染设置而异。在HDRP中，根据不同的渲染路径和质量设置，深度缓冲区可能包含前向渲染的深度、延迟渲染的G-Buffer深度，或者是特定于某些渲染特性的深度信息。HD Scene Depth节点抽象了这些底层差异，为开发者提供了一致的接口。

渲染管线兼容性

HD Scene Depth节点是专为高清渲染管线（HDRP）设计的专用节点，这意味着它在通用渲染管线（URP）中不可用。这种兼容性差异源于两种渲染管线的架构设计、渲染目标和深度处理机制的根本不同。

高清渲染管线（HDRP）

在高清渲染管线中，HD Scene Depth节点完全受支持并提供了完整的功能集。HDRP作为Unity的高端渲染解决方案，专为需要高端图形保真度的项目设计，如PC、主机游戏和高端移动设备。它采用了复杂的多通道渲染架构和先进的深度管理机制，为HD Scene Depth节点提供了丰富的深度数据访问能力。

在HDRP中，深度缓冲区的管理和使用具有以下特点：

• 多摄像机支持：HDRP支持多个摄像机并能够正确处理它们之间的深度信息关系
• 分层渲染：HDRP的渲染层系统允许更精细地控制哪些物体贡献到深度缓冲区
• 自定义渲染通道：通过自定义渲染通道，开发者可以更灵活地控制深度缓冲区的生成和使用
• 高质量深度预处理：HDRP包含高级的深度预处理步骤，如反向Z缓冲区、深度压缩等，以提高深度精度和性能

通用渲染管线（URP）

与HDRP不同，通用渲染管线（URP）不支持HD Scene Depth节点。URP作为Unity的轻量级渲染解决方案，优先考虑性能和跨平台兼容性，因此在功能集上相对精简。在URP中，如果需要访问深度信息，通常需要使用不同的方法：

• Scene Depth Node：URP提供了自己的场景深度节点，但其功能和接口可能与HDRP的版本有所不同
• Renderer Features：通过自定义渲染器功能，可以在URP中实现类似的深度访问能力
• Camera Depth Texture：手动启用相机的深度纹理并编写自定义着色器代码进行采样

兼容性决策考量

Unity决定在URP中不提供HD Scene Depth节点是基于多方面的技术考量：

• 架构差异：HDRP和URP使用不同的渲染架构和缓冲区管理策略，直接移植节点功能并不简单
• 性能优先级：URP更注重性能和轻量级，某些高级深度功能可能会影响这些目标
• 使用场景：URP通常用于对图形保真度要求不那么极致的项目，这些项目可能不需要复杂的深度访问功能
• 资源限制：移动平台等URP常见目标平台可能有纹理格式和采样限制，影响深度缓冲区的实现方式

自定义渲染管线中的行为

对于使用自定义渲染管线的情况，HD Scene Depth节点的行为需要显式定义。如果未在自定义管线中实现相应的功能，该节点将返回默认的白色值（1,1,1），这通常表示缺少有效数据。

在自定义渲染管线中支持HD Scene Depth节点通常涉及以下步骤：

• 确保渲染管线正确生成并维护深度缓冲区
• 将深度缓冲区作为全局着色器属性暴露
• 实现与HDRP兼容的深度解码函数
• 处理不同平台和渲染设置的深度格式差异

端口

HD Scene Depth节点提供了三个主要端口，用于控制深度采样的参数和输出结果。理解每个端口的功能和正确使用方法对于有效利用该节点至关重要。

UV输入端口

UV输入端口是HD Scene Depth节点最关键的参数之一，它决定了在深度缓冲区中的采样位置。该端口接受Vector 4类型的输入，并与屏幕位置绑定。

技术特性

• 数据类型：Vector 4（四维向量）
• 坐标空间：标准化屏幕空间
• 绑定类型：屏幕位置（自动绑定）
• 默认值：如未连接，通常使用当前片元的屏幕位置

标准化屏幕坐标

UV输入期望的是标准化屏幕坐标，这意味着无论实际屏幕分辨率如何，坐标范围都应在[0,1]区间内：

• (0,0) 通常对应屏幕左下角
• (1,1) 通常对应屏幕右上角
• Z分量：通常用于透视校正，在大多数情况下可以忽略
• W分量：通常包含透视除法所需的信息

获取屏幕坐标的方法

在着色器图形中，有多种方式可以获得合适的UV坐标：

• 使用Screen Position节点获取当前片元的屏幕位置
• 通过计算自定义UV，实现特定区域的深度采样
• 使用Tiling And Offset节点调整和变换屏幕坐标

高级应用技巧

• 视口相对采样：通过偏移UV坐标，可以实现相对于当前像素的深度采样，用于边缘检测等效果
• 动态UV动画：对UV坐标应用时间相关的变换，可以创建基于深度的动态效果
• 多重采样：通过在不同UV位置多次采样深度，可以实现更复杂的深度分析效果

Lod输入端口

Lod（Level of Detail）输入端口允许指定采样深度缓冲区时使用的mipmap层级。该功能对于优化性能和改善视觉质量具有重要意义。

技术特性

• 数据类型：Float（浮点数）
• 取值范围：通常为0到深度纹理的最大mip层级
• 默认值：如未连接，通常使用0（最高分辨率）

Mipmap在深度采样中的作用

深度缓冲区的mipmap是通过对原始深度图进行下采样生成的较低分辨率版本：

• Level 0：原始分辨率，提供最精确的深度信息
• Level 1：1/2分辨率，在每维度上减半
• Level 2：1/4分辨率，依此类推
• 自动mipmap：HDRP通常会自动为深度缓冲区生成mipmap

性能与质量权衡

选择合适的Lod值需要在性能和质量之间取得平衡：

• 高质量需求：使用低Lod值（接近0），获得更精确的深度信息
• 性能优化：使用高Lod值，减少纹理采样带宽和缓存压力
• 远处物体：对屏幕中较小的或远处的物体，可以使用较高Lod值而不会明显影响视觉质量

Lod计算策略

在实际应用中，Lod值可以根据多种因素动态计算：

• 基于距离：根据像素到摄像机的距离调整Lod
• 基于屏幕空间导数：使用ddx和ddy计算适当的Lod值
• 固定策略：对全屏效果使用统一的Lod值

Output输出端口

Output端口是HD Scene Depth节点的结果输出，它提供了指定屏幕位置的深度信息。根据选择的深度采样模式，输出的具体含义和用途有所不同。

技术特性

• 数据类型：Vector 3（三维向量）
• 分量含义：根据深度模式，三个分量可能包含相同或相关的深度信息
• 数值范围：取决于选择的深度采样模式

输出解释

虽然输出是Vector 3类型，但在大多数情况下，我们主要使用其中一个分量：

• R通道：通常包含主要的深度信息
• G和B通道：在某些配置下可能包含辅助信息或保持为0
• 实际使用：通常通过Swizzle节点提取所需的单个分量

输出稳定性考虑

深度输出值可能受多种因素影响：

• 深度格式：不同平台可能使用不同的深度缓冲区精度和格式
• 渲染设置：HDRP的质量设置可能影响深度计算的精度
• 摄像机参数：近裁剪面和远裁剪面的设置会影响深度值的分布

深度采样模式

HD Scene Depth节点支持多种深度采样模式，每种模式以不同的方式解释和表示深度信息。理解这些模式的差异和适用场景对于正确使用深度数据至关重要。

Linear01模式

Linear01模式将深度值转换为0到1之间的线性表示，这是最常用且直观的深度表示方法。

技术特性

• 数值范围：[0, 1]
• 0值含义：位于摄像机的近裁剪面
• 1值含义：位于摄像机的远裁剪面
• 分布特性：在近裁剪面和远裁剪面之间线性分布

数学表示

Linear01深度可以通过以下公式计算：

depth_linear01 = (z - near) / (far - near)

其中：

• z是视图空间中的Z坐标
• near是近裁剪面距离
• far是远裁剪面距离

应用场景

Linear01模式因其直观性而被广泛使用：

• 深度可视化：直接显示Linear01深度可以创建从黑到白的深度图
• 线性插值：在近远裁剪面之间进行线性混合，如雾效、深度褪色等
• 阈值处理：基于固定的深度阈值实现效果切换
• 屏幕空间效果：需要与屏幕空间坐标线性相关的深度应用

使用示例

创建基于深度的雾效：

1. 使用HD Scene Depth节点采样Linear01深度
2. 使用Smoothstep或Remap节点根据深度计算雾强度
3. 将雾强度与场景颜色混合

Raw模式

Raw模式提供直接从深度缓冲区读取的原始深度值，这些值通常是非线性的，并且依赖于具体的深度缓冲区格式。

技术特性

• 数值范围：依赖于深度缓冲区格式，通常是[0, 1]或[1, 0]
• 分布特性：通常是非线性的，在近处有更高精度
• 平台依赖性：不同平台和渲染设置可能产生不同的原始深度值

深度缓冲区格式

Raw深度值的具体含义取决于深度缓冲区的内部格式：

• 反向Z缓冲区：在现代图形API中常见，1.0表示近裁剪面，0.0表示远裁剪面
• 传统Z缓冲区：0.0表示近裁剪面，1.0表示远裁剪面
• 浮点深度：使用浮点格式存储，提供更大的范围和精度

应用场景

Raw模式主要用于需要直接处理原始深度数据的高级应用：

• 深度重建：手动执行深度解码以实现特定的精度需求
• 深度比较：进行精确的深度相等性或范围测试
• 自定义深度编码：实现特殊的深度压缩或编码方案
• 渲染管线开发：在自定义渲染管线中调试和验证深度缓冲区内容

注意事项

使用Raw模式时需要特别小心：

• 结果可能因平台和渲染设置而异
• 非线性分布可能导致数值精度问题
• 需要深入了解特定平台的深度缓冲区行为

Eye模式

Eye模式将深度值转换为视空间中的实际单位距离，提供了最有物理意义的深度表示。

技术特性

• 数值单位：与世界空间单位一致（通常是米）
• 数值范围：[near, far]，即近裁剪面到远裁剪面的距离
• 坐标系：视空间坐标系，Z轴指向摄像机前方

数学关系

Eye深度实际上是视空间中的Z坐标：

depth_eye = z

其中z是视图空间中的Z坐标，表示从摄像机位置到片元的直线距离。

应用场景

Eye模式在需要物理准确性的应用中非常有用：

• 物理精确的效果：如基于真实距离的雾效、光照衰减
• 世界位置重建：结合屏幕坐标重建像素的世界位置
• 尺寸感知效果：创建与场景实际尺寸相关的特效
• 科学可视化：需要精确距离测量的专业应用

性能考虑

Eye模式可能需要额外的计算来从原始深度值转换，但在HDRP中，这种转换通常已经过高度优化。

注意

在使用HD Scene Depth节点时，有几个重要的技术细节和限制需要特别注意，这些因素直接影响节点的行为和使用效果。

使用阶段限制

HD Scene Depth节点只能在片元着色器阶段使用，这是由深度缓冲区的可用性决定的。在着色器图形的其他阶段（如顶点着色器阶段）尝试使用该节点通常会导致编译错误或未定义行为。

技术原因

深度缓冲区在渲染管线的特定点才变得可用：

• 深度写入阶段：在几何体渲染过程中，深度值被写入深度缓冲区
• 后处理阶段：在所有不透明几何体渲染完成后，完整的深度缓冲区才可用于采样
• 片元着色器：作为每个像素处理的最后阶段，自然可以访问已生成的深度信息

变通方案

如果需要在顶点着色器中访问深度信息，可考虑以下替代方案：

• 在片元着色器中计算所需信息，然后插值到顶点
• 使用其他方法估算深度，如基于模型空间位置的简单计算
• 重构渲染流程，将深度相关的计算移至片元着色器

材质类型限制

该节点仅适用于非不透明材质，这意味着它不能在不透明材质的着色器中使用。这一限制与HDRP的渲染顺序和深度管理策略密切相关。

渲染顺序考量

HDRP按照特定顺序渲染物体以优化性能和正确性：

• 不透明物体：通常从前向后渲染，利用深度测试提前丢弃不可见片元
• 透明物体：通常从后向前渲染，需要混合且可能修改颜色但不修改深度
• 深度缓冲区状态：在透明物体渲染时，深度缓冲区已包含所有不透明物体的深度信息

不透明材质中的深度访问

虽然不能直接在不透明材质中使用HD Scene Depth节点，但仍有其他方法可以访问深度信息：

• 使用Depth Only Pass创建特殊的深度写入通道
• 通过Renderer Features添加自定义的深度处理逻辑
• 在后期处理效果中处理深度相关效果

自定义渲染管线集成

在自定义渲染管线中使用HD Scene Depth节点需要显式定义其行为，否则节点将返回白色值(1,1,1)。这一特性使得节点在未正确配置的环境中能够提供可预测的（虽然是错误的）输出。

实现要求

在自定义渲染管线中支持HD Scene Depth节点需要：

• 深度纹理生成：确保管线正确生成并维护深度纹理
• 着色器变量绑定：将深度纹理作为全局着色器属性暴露
• 采样函数实现：提供与HDRP兼容的深度采样函数
• 平台兼容性处理：处理不同图形API和平台的深度格式差异

集成步骤

将HD Scene Depth节点集成到自定义渲染管线的基本步骤：

1. 在渲染管线中创建并配置深度纹理
2. 实现深度纹理的mipmap生成（如果需要Lod功能）
3. 创建相应的HLSL包含文件，定义深度采样函数
4. 在着色器图形编译过程中包含这些

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

高清场景颜色节点（HD Scene Color Node）是Unity高清渲染管线（HDRP）中一个功能强大的着色器图形节点，它扩展了传统场景颜色节点的能力，为开发者提供了更精细的颜色缓冲区访问控制。该节点的核心价值在于能够访问颜色缓冲区的Mipmap级别，这在实现各种高级渲染效果时至关重要。

在实时渲染中，颜色缓冲区存储了场景的最终渲染结果，而Mipmap链则是该缓冲区的一系列逐渐降低分辨率版本。HD Scene Color节点的独特之处在于它允许着色器程序访问这些不同分辨率的颜色数据，为后处理效果、屏幕空间反射、细节层次（LOD）系统等高级图形功能提供了技术基础。

渲染管线兼容性详解

HD Scene Color节点的可用性完全取决于所使用的渲染管线，这是开发者在选择和使用该节点时必须首先考虑的因素。

高清渲染管线（HDRP）支持

• HDRP是Unity针对高端平台和高端硬件设计的高保真渲染解决方案
• HD Scene Color节点专为HDRP设计，充分利用了HDRP的复杂渲染架构
• 在HDRP中，颜色缓冲区通常包含HDR（高动态范围）数据，提供了更丰富的颜色信息和亮度范围
• HDRP的渲染路径允许多个颜色缓冲区并存，HD Scene Color节点可以访问这些缓冲区中的特定数据

通用渲染管线（URP）不支持

• URP是Unity的轻量级、跨平台渲染解决方案，设计目标是性能和效率
• URP不支持HD Scene Color节点，因为它简化了渲染架构，不包含完整的Mipmap颜色缓冲区链
• 在URP中，开发者应使用标准的Scene Color节点来访问场景颜色，但无法访问不同Mip级别的数据
• 这种设计差异反映了URP和HDRP在目标应用场景和功能复杂度上的根本区别

选择正确的渲染管线对于项目成功至关重要。如果项目需要高级颜色缓冲区操作、复杂的后处理效果或面向高端硬件平台，HDRP和HD Scene Color节点是理想选择。而对于移动端、VR或需要广泛平台兼容性的项目，URP可能是更合适的选择，尽管它不支持HD Scene Color节点的所有高级功能。

端口详细说明

HD Scene Color节点的三个端口分别承担着不同的功能，理解每个端口的特性和用法是实现预期视觉效果的关键。

UV输入端口

UV输入端口是节点中最常用的输入之一，它定义了在颜色缓冲区中采样的位置。

数据类型与绑定

• UV端口接受Vector 4类型的输入，提供了足够的维度来支持各种采样坐标系统
• 该端口默认绑定到屏幕位置（Screen Position），这意味着如果不显式连接其他值，节点将使用当前像素的屏幕坐标进行采样
• 屏幕坐标通常是归一化的，范围在[0,1]之间，其中(0,0)表示屏幕左下角，(1,1)表示屏幕右上角

高级使用技巧

• 可以通过连接其他节点来修改UV值，实现平移、旋转、缩放等采样效果
• 使用时间变量动画UV坐标可以创建动态采样效果，如屏幕波动、热浪扭曲等
• 通过偏移UV坐标，可以实现视差效果、伪反射和其他基于屏幕空间的变形
• 在多摄像机设置中，需要注意UV坐标的参考系，确保采样正确的摄像机颜色缓冲区

实际应用示例

假设我们想创建一个简单的屏幕扭曲效果，可以连接一个正弦波节点到UV端口的X和Y分量，使采样位置随时间轻微波动，模拟热量 haze 或水下的折射效果。

Lod输入端口

Lod（Level of Detail）输入端口是HD Scene Color节点区别于普通Scene Color节点的关键特性，它控制着采样时使用的Mipmap级别。

Mipmap基础概念

• Mipmap是原始纹理的一系列缩小版本，每个后续级别的分辨率减半
• 在实时渲染中，Mipmap主要用于减少远处表面的锯齿和提高缓存效率
• HD Scene Color节点允许访问颜色缓冲区的Mipmap链，这意味着可以采样到不同分辨率的场景颜色数据

Lod端口特性

• Lod端口接受Float类型的输入，表示要采样的Mip级别
• 值为0表示最高分辨率的原始颜色缓冲区
• 值每增加1，对应的Mip级别分辨率减半（级别1为1/2分辨率，级别2为1/4分辨率，以此类推）
• 支持小数值，允许在三线性过滤模式下在Mip级别之间平滑插值

Lod值的计算与使用

• 可以直接连接常量值来固定Mip级别
• 可以根据像素到摄像机的距离动态计算Lod值，实现自适应细节级别
• 可以使用屏幕空间导数函数（如ddx/ddy）来计算基于局部几何复杂度的Lod值
• 在后处理效果中，通常使用较高的Lod值（如2-4）来获取模糊的场景颜色，用于泛光、景深等效果

性能考虑

• 采样较高的Mip级别（较低分辨率）通常更快，因为需要处理的数据更少
• 但是，频繁在不同Mip级别之间切换可能导致缓存效率降低
• 在性能敏感的场景中，应平衡视觉效果需求和性能开销

输出端口

输出端口提供从颜色缓冲区指定位置和Mip级别采样得到的颜色值。

输出特性

• 输出为Vector 3类型，对应RGB颜色空间中的红、绿、蓝三个通道
• 颜色值通常位于HDR范围内，可能包含超过[0,1]传统范围的值
• 输出颜色已经过当前摄像机的色调映射和颜色分级处理（除非在特殊渲染通道中）

颜色空间注意事项

• 在HDRP中，颜色数据可能在线性空间或伽马空间，取决于项目设置
• 进行颜色操作时，确保了解当前工作颜色空间，避免不正确的结果
• 当与其他颜色值混合或操作时，可能需要手动进行颜色空间转换

输出数据的后续处理

• 采样得到的颜色可以用于各种计算：亮度提取、颜色操作、与其他纹理混合等
• 在自定义后处理效果中，HD Scene Color节点的输出通常作为主要输入之一
• 可以通过连接其他着色器图形节点对输出颜色进行进一步处理：应用颜色曲线、调整饱和度、实施颜色替换等

曝光控制深入解析

曝光控制是HD Scene Color节点中一个微妙但重要的特性，正确理解和使用它对实现预期的视觉效果至关重要。

曝光属性基础

曝光属性决定了节点输出颜色时是否应用了场景的曝光设置。

启用曝光

• 当Exposure属性启用时，输出颜色会乘以当前摄像机的曝光值
• 这适用于大多数标准渲染情况，确保颜色与场景中的其他元素一致
• 在自动曝光（自适应曝光）情况下，输出颜色会随曝光调整而动态变化

禁用曝光

• 当Exposure属性禁用时，输出颜色不会应用曝光调整
• 这可以防止在已经应用了曝光的颜色上重复应用曝光，避免过度明亮或黑暗的结果
• 在后处理效果中，通常需要禁用曝光，因为后处理栈通常有自己独立的曝光控制

曝光与HDR渲染

在高动态范围渲染中，曝光控制尤为重要。

HDR颜色值

• 在HDRP中，颜色缓冲区通常存储超过传统[0,1]范围的值
• 这些值表示场景中真实的物理光照水平，可能从极暗到极亮
• 色调映射过程将这些HDR值转换为显示设备能够处理的LDR（低动态范围）值

曝光在色调映射中的作用

• 曝光是色调映射过程中的关键参数，控制着HDR到LDR的转换
• 适当的曝光设置确保场景中的重要细节在最终图像中可见
• HD Scene Color节点的曝光设置决定了采样颜色是否已经过这个转换过程

避免双重曝光问题

双重曝光是使用HD Scene Color节点时常见的错误，会导致颜色计算不正确。

双重曝光的成因

• 当颜色缓冲区中的数据已经应用了曝光，而节点再次应用曝光时发生
• 这会导致颜色值被两次乘以曝光值，产生过度明亮或饱和的结果
• 在后处理效果中特别常见，因为后处理通常在全屏通道中执行，已经包含了曝光信息

识别双重曝光

• 渲染结果异常明亮或黑暗，与场景照明不符
• 颜色饱和度异常高，特别是在明亮区域
• 当调整摄像机曝光时，效果强度变化异常剧烈

解决方案

• 在大多数后处理场景中，应禁用HD Scene Color节点的Exposure属性
• 如果需要在着色器中手动应用曝光，可以使用Exposure节点和当前曝光值
• 测试时，尝试切换Exposure属性，观察结果变化，确定正确的设置

采样器模式详解

HD Scene Color节点使用的三线性钳位模式采样器对采样质量和性能有重要影响。

三线性过滤原理

三线性过滤是一种高级纹理过滤技术，结合了双线性过滤和Mipmap插值。

双线性过滤

• 在单个Mip级别内，对四个最近的纹素进行加权平均
• 减少了近距离观察纹理时的块状像素化现象
• 但不能解决远处表面的闪烁和锯齿问题

Mipmap插值

• 在两个最近的Mip级别之间进行插值
• 根据像素在屏幕上的大小自动选择合适的细节级别
• 解决了远处表面的闪烁和莫尔图案问题

三线性过滤

• 结合了双线性过滤和Mipmap插值
• 首先在两个Mip级别上分别执行双线性过滤
• 然后在两个过滤结果之间进行线性插值
• 提供了平滑的细节过渡，消除了Mip级别之间的突然变化

钳位模式特性

钳位模式定义了当采样坐标超出标准[0,1]范围时的采样行为。

标准钳位行为

• 当UV坐标小于0时，使用边界处的颜色值（UV为0时的颜色）
• 当UV坐标大于1时，使用边界处的颜色值（UV为1时的颜色）
• 这防止了采样器在纹理边界外采样，避免了意外行为

与其他模式的比较

• 重复（Wrap）模式会在超出边界时重复纹理
• 镜像（Mirror）模式会镜像纹理
• 边框（Border）模式会使用指定的边框颜色
• 对于屏幕空间采样，钳位模式通常是最合适的选择，因为它符合屏幕边界的物理特性

性能影响与优化

三线性钳位采样虽然质量高，但也有性能成本。

性能考虑

• 三线性过滤需要访问8个纹素（两个Mip级别各4个），而双线性只需4个
• 这增加了内存带宽需求和纹理缓存压力
• 在性能敏感的场景中，可能需要权衡质量与性能

优化策略

• 对于不需要高质量过滤的效果，可以考虑使用双线性采样
• 通过适当设置Lod值，可以减少不必要的Mip级别插值
• 在移动平台或低端硬件上，可以考虑减少三线性过滤的使用范围

实际应用案例

HD Scene Color节点在实践中有多种应用，以下是一些常见的使用场景。

屏幕空间反射

屏幕空间反射（SSR）是HD Scene Color节点的经典应用之一。

基本原理

• 通过射线行进在屏幕空间中查找反射表面
• 使用HD Scene Color节点采样反射方向上的场景颜色
• 通过适当的Lod设置减少反射中的噪点和闪烁

实现步骤

• 计算当前像素的反射向量
• 在反射方向上进行射线行进，检测与场景几何的碰撞
• 使用碰撞点的屏幕坐标作为UV输入HD Scene Color节点
• 根据射线行进距离和表面粗糙度设置适当的Lod值
• 将采样得到的反射颜色与表面颜色混合

优化技巧

• 使用分层射线行进提高性能
• 根据表面粗糙度动态调整Lod值——粗糙表面使用较高Lod
• 实施回退机制，当屏幕空间反射失败时使用其他反射技术

自定义后处理效果

HD Scene Color节点是创建自定义后处理效果的强大工具。

颜色分级效果

• 采样场景颜色并进行非线性颜色变换
• 实现自定义的色调映射曲线、颜色分级表（LUT）
• 创建风格化的视觉效果，如复古、电影感或科幻风格

空间效果

• 使用扭曲的UV坐标采样场景颜色，创建热浪、水下折射等效果
• 通过时间变化的UV偏移实现屏幕波动效果
• 结合深度缓冲区实现基于距离的颜色效果

多Pass效果

• 在第一Pass中采样场景颜色并存储到自定义缓冲区
• 在后续Pass中结合HD Scene Color节点采样进行复杂混合
• 实现如运动模糊、景深、泛光等多阶段后处理效果

高级混合模式

HD Scene Color节点可以实现超越标准混合模式的复杂合成效果。

基于深度的混合

• 结合深度缓冲区信息，实现仅在特定深度范围内生效的混合
• 创建如雾气、水下水花等基于距离的效果

基于亮度的混合

• 提取采样颜色的亮度，用于控制混合因子
• 实现如泛光、镜头光晕等高光相关效果

自定义屏幕空间遮罩

• 使用HD Scene Color节点采样特定颜色通道作为遮罩
• 实现仅在屏幕特定区域生效的效果
• 创建如体积光、上帝光线等局部后处理效果

性能优化与最佳实践

正确使用HD Scene Color节点对保持应用性能至关重要。

采样成本分析

了解HD Scene Color节点的性能特征有助于做出明智的优化决策。

影响因素

• 采样位置（UV）的连贯性影响缓存效率
• Lod值影响访问的Mip级别和内存带宽
• 屏幕分辨率直接影响采样操作的绝对数量

性能监控

• 使用Unity的Frame Debugger或Render Doc分析具体采样操作
• 监控GPU时间和内存带宽使用情况
• 在不同硬件平台上测试性能表现

优化策略

多种策略可以帮助优化使用HD Scene Color节点的着色器性能。

减少采样次数

• 尽可能重用采样结果，避免重复采样相同位置
• 使用双线性过滤的优势，通过单次采样获取平滑结果
• 在可行的情况下，降低采样频率并使用插值

智能Lod选择

• 根据视觉效果需求选择最低可接受的Lod级别
• 对远处或次要效果使用较高Lod级别
• 动态调整Lod级别，平衡质量与性能

平台特定优化

• 在移动平台上，考虑使用更简单的采样策略
• 利用特定硬件的纹理采样特性
• 为不同性能级别的设备提供多个质量设置

故障排除与常见问题

使用HD Scene Color节点时可能遇到各种问题，了解如何识别和解决这些问题很重要。

采样结果不正确

当HD Scene Color节点返回意外结果时，可能的原因和解决方案。

UV坐标问题

• 确认UV坐标在预期的[0,1]范围内
• 检查UV坐标是否应用了正确的变换
• 验证屏幕位置是否正确转换为纹理坐标

Lod设置问题

• 确认Lod值在合理范围内，不会导致采样过低分辨率的Mip级别
• 检查Lod计算逻辑是否正确，特别是基于距离或导数的计算
• 验证三线性插值是否按预期工作

曝光相关问题

• 检查Exposure属性设置是否符合当前渲染上下文
• 验证是否存在双重曝光问题
• 确认颜色空间转换是否正确处理

性能问题

当使用HD Scene Color节点导致性能下降时，可能的优化方向。

识别瓶颈

• 使用性能分析工具确定是ALU瓶颈还是内存带宽瓶颈
• 检查是否有不必要的重复采样操作
• 评估采样频率是否高于视觉效果所需

优化方案

• 减少全屏采样操作的数量和频率
• 使用较低分辨率的Mip级别，特别是在后处理效果中
• 考虑使用近似方法替代精确采样

平台兼容性问题

在不同平台或渲染设置下，HD Scene Color节点可能表现出不同行为。

渲染管线差异

• 确认项目使用的是HDRP，因为HD Scene Color节点在URP中不可用
• 检查HDRP版本和配置，确保所有必需功能已启用
• 验证颜色缓冲区和Mipmap链的可用性

平台特定行为

• 在不同图形API（DirectX、Vulkan、Metal）下测试着色器
• 检查移动平台上的功能支持级别
• 验证着色器变体是否为目标平台正确编译

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达 （欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）

【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

曝光节点是Unity Shader Graph中一个功能强大的工具节点，专门用于在着色器中访问摄像机的曝光信息。在基于物理的渲染（PBR）流程中，曝光控制是实现高动态范围（HDR）渲染的关键组成部分，而曝光节点则为着色器艺术家提供了直接访问这些曝光参数的途径。

曝光节点的核心功能是从当前渲染管线中获取摄像机的曝光值，使着色器能够根据场景的曝光设置做出相应的反应。这在创建对光照条件敏感的着色器效果时尤为重要，比如自动调整材质亮度、实现曝光自适应效果或者创建与摄像机曝光设置同步的后期处理效果。

在现代化的游戏开发中，HDR渲染已经成为标准配置，它允许场景中的亮度值超出传统的0-1范围，从而能够更真实地模拟现实世界中的光照条件。曝光节点正是在这样的背景下发挥着重要作用，它架起了着色器与渲染管线曝光系统之间的桥梁。

渲染管线兼容性

曝光节点在不同渲染管线中的支持情况是开发者需要特别注意的重要信息。了解节点的兼容性有助于避免在项目开发过程中遇到意外的兼容性问题。

节点	通用渲染管线 (URP)	高清渲染管线 (HDRP)
Exposure	否	是

从兼容性表格中可以清楚地看到，曝光节点目前仅在高清渲染管线（HDRP）中得到支持，而在通用渲染管线（URP）中不可用。这一差异主要源于两种渲染管线在曝光处理机制上的根本区别。

HDRP作为Unity的高端渲染解决方案，内置了完整的物理相机和曝光系统，支持自动曝光（自动曝光适应）和手动曝光控制。HDRP的曝光系统基于真实的物理相机参数，如光圈、快门速度和ISO感光度，这使得它能够提供更加真实和灵活的曝光控制。

相比之下，URP虽然也支持HDR渲染，但其曝光系统相对简化，主要提供基本的曝光补偿功能，而没有HDRP那样完整的物理相机模拟。因此，URP中没有提供直接访问曝光值的Shader Graph节点。

对于URP用户，如果需要实现类似的功能，可以考虑以下替代方案：

• 使用自定义渲染器特性传递曝光参数
• 通过脚本将曝光值作为着色器全局属性传递
• 使用URP提供的其他光照相关节点间接实现类似效果

端口详解

曝光节点的端口配置相对简单，但理解每个端口的特性和用途对于正确使用该节点至关重要。

名称	方向	类型	描述
Output	输出	Float	曝光值。

曝光节点只有一个输出端口，这意味着它只能作为数据源在Shader Graph中使用，而不能接收外部输入。这种设计反映了曝光值的本质——它是从渲染管线的相机系统获取的只读参数。

输出端口的Float类型表明曝光值是一个标量数值，这个数值代表了当前帧或上一帧的曝光乘数。在HDRP的曝光系统中，这个值通常用于将场景中的光照值从HDR范围映射到显示设备的LDR范围。

理解曝光值的数值范围对于正确使用该节点非常重要：

• 当曝光值为1.0时，表示没有应用任何曝光调整
• 曝光值大于1.0表示增加曝光（使图像更亮）
• 曝光值小于1.0表示减少曝光（使图像更暗）
• 在自动曝光系统中，这个值会根据场景亮度动态变化

在实际使用中，曝光节点的输出可以直接用于乘法运算来调整材质的亮度，或者用于更复杂的曝光相关计算。例如，在创建自发光材质时，可以使用曝光值来确保材质在不同曝光设置下保持视觉一致性。

曝光类型深度解析

曝光节点的核心功能通过其曝光类型（Exposure Type）设置来实现，这个设置决定了节点从渲染管线获取哪种类型的曝光值。理解每种曝光类型的特性和适用场景是掌握该节点的关键。

名称	描述
CurrentMultiplier	从当前帧获取摄像机的曝光值。
InverseCurrentMultiplier	从当前帧获取摄像机的曝光值的倒数。
PreviousMultiplier	从上一帧获取摄像机的曝光值。
InversePreviousMultiplier	从上一帧获取摄像机的曝光值的倒数。

CurrentMultiplier（当前帧曝光乘数）

CurrentMultiplier是最常用的曝光类型，它提供当前帧相机的实时曝光值。这个值反映了相机系统根据场景亮度和曝光设置计算出的当前曝光乘数。

使用场景示例：

• 实时调整材质亮度以匹配场景曝光
• 创建对曝光敏感的特殊效果
• 确保自定义着色器与HDRP曝光系统同步

技术特点：

• 值随每帧更新，响应实时变化
• 直接反映当前相机的曝光状态
• 适用于大多数需要与曝光同步的效果

InverseCurrentMultiplier（当前帧曝光乘数倒数）

InverseCurrentMultiplier提供当前帧曝光值的倒数，即1除以曝光乘数。这种类型的曝光值在某些特定计算中非常有用，特别是当需要抵消曝光影响时。

使用场景示例：

• 在后期处理效果中抵消曝光影响
• 创建在任意曝光设置下保持恒定亮度的元素
• 进行曝光相关的颜色校正计算

技术特点：

• 值与CurrentMultiplier互为倒数
• 可用于"反向"曝光计算
• 在需要保持恒定视觉亮度的效果中特别有用

PreviousMultiplier（上一帧曝光乘数）

PreviousMultiplier提供上一帧的曝光值，这在某些需要平滑过渡或避免闪烁的效果中非常有用。由于自动曝光系统可能会导致曝光值在帧之间变化，使用上一帧的值可以提供更加稳定的参考。

使用场景示例：

• 实现曝光平滑过渡效果
• 避免因曝光突变导致的视觉闪烁
• 时间相关的曝光计算

技术特点：

• 提供前一帧的曝光状态
• 有助于减少曝光突变带来的视觉问题
• 在时间性效果中提供一致性

InversePreviousMultiplier（上一帧曝光乘数倒数）

InversePreviousMultiplier结合了上一帧数据和倒数计算，为特定的高级应用场景提供支持。这种曝光类型在需要基于历史曝光数据进行复杂计算的效果中发挥作用。

使用场景示例：

• 基于历史曝光的数据分析
• 复杂的时序曝光效果
• 高级曝光补偿算法

技术特点：

• 结合了时间延迟和倒数计算
• 适用于专业的曝光处理需求
• 在高级渲染技术中使用

实际应用案例

HDR自发光材质

在HDRP中创建自发光材质时，使用曝光节点可以确保材质在不同曝光设置下保持正确的视觉表现。以下是一个基本的实现示例：

1. 创建Shader Graph并添加Exposure节点
2. 设置曝光类型为CurrentMultiplier
3. 将自发光颜色与曝光节点输出相乘
4. 连接到主节点的Emission输入

这种方法确保了自发光材质的亮度会随着相机曝光设置自动调整，在低曝光情况下不会过亮，在高曝光情况下不会过暗。

曝光自适应效果

利用PreviousMultiplier和CurrentMultiplier可以创建平滑的曝光过渡效果，避免自动曝光调整时的突兀变化：

1. 添加两个Exposure节点，分别设置为PreviousMultiplier和CurrentMultiplier
2. 使用Lerp节点在两者之间进行插值
3. 通过Time节点控制插值速度
4. 将结果用于需要平滑过渡的效果

这种技术特别适用于全屏效果或UI元素，可以确保视觉元素在曝光变化时平稳过渡。

曝光不变元素

某些场景元素可能需要在不同曝光设置下保持恒定的视觉亮度，这时可以使用InverseCurrentMultiplier：

1. 使用Exposure节点设置为InverseCurrentMultiplier
2. 将需要保持恒定亮度的颜色值与曝光倒数相乘
3. 这样可以抵消相机曝光对特定元素的影响

这种方法常用于UI渲染、调试信息显示或其他需要独立于场景曝光的视觉元素。

性能考虑与最佳实践

虽然曝光节点本身性能开销很小，但在实际使用中仍需注意一些性能优化策略：

• 避免在片段着色器中过度复杂的曝光计算
• 考虑使用顶点着色器进行曝光相关计算（如果适用）
• 对于静态物体，可以评估是否真的需要每帧更新曝光值
• 在移动平台使用时注意测试性能影响

最佳实践建议：

• 在HDRP项目中充分利用曝光节点确保视觉一致性
• 理解不同曝光类型的适用场景，选择合适的类型
• 结合HDRP的Volume系统测试着色器在不同曝光设置下的表现
• 在自动曝光和手动曝光模式下都进行测试

故障排除与常见问题

在使用曝光节点时可能会遇到一些常见问题，以下是相应的解决方案：

• 节点在URP中不可用：这是预期行为，曝光节点仅支持HDRP
• 曝光值不更新：检查相机是否启用了自动曝光，在手动曝光模式下值可能不变
• 效果不符合预期：确认使用了正确的曝光类型，不同场景需要不同的类型
• 移动端表现异常：某些移动设备可能对HDR支持有限，需进行针对性测试

调试技巧：

• 使用Debug节点输出曝光值检查实际数值
• 在不同光照环境下测试着色器表现
• 对比手动曝光和自动曝光模式下的效果差异

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达 （欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）

【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

扩散配置文件节点是高清渲染管线（HDRP）中一个专门用于处理次表面散射效果的重要工具。在Shader Graph中使用此节点，开发者能够轻松地集成和采样扩散配置文件资源，为材质实现逼真的皮肤、蜡、大理石等半透明物体的渲染效果。次表面散射是光线穿透半透明材质表面并在内部散射后从不同位置射出的物理现象，这种效果对于创造真实感渲染至关重要。

在现代实时渲染中，次表面散射效果的实现需要平衡视觉质量和性能消耗。Unity的HDRP通过扩散配置文件提供了一种标准化的方法来处理这种复杂的光学现象。扩散配置文件节点作为Shader Graph与这些配置文件之间的桥梁，使得即使没有深厚图形编程背景的艺术家也能创建出高质量的次表面散射材质。

节点基础概念与工作原理

扩散配置文件节点的核心功能是输出一个唯一的浮点标识符，该标识符在着色器执行过程中用于查找对应的扩散配置文件资源。这种设计允许HDRP在渲染时高效地访问复杂的散射参数，而不需要在着色器中直接嵌入大量数据。

当在Shader Graph中创建扩散配置文件节点时，需要为其指定一个扩散配置文件资源。这个资源包含了描述材质如何散射光线的物理参数。节点输出的浮点值实际上是资源在内部数据库中的索引，HDRP使用这个索引在预计算的查找表中找到相应的散射数据。

节点的工作流程可以分为以下几个步骤：

• 在编辑阶段，艺术家或开发者将扩散配置文件资源分配给节点
• 节点生成对应的唯一标识符（浮点值）
• 在运行时，着色器使用这个标识符查询散射参数
• HDRP根据查询结果应用相应的次表面散射模型

这种间接引用机制的优势在于：

• 允许多个材质共享同一扩散配置文件，减少内存占用
• 简化着色器代码复杂度，提高可读性和维护性
• 提供统一的参数管理界面，便于调整和优化

创建与配置扩散配置文件节点

在Shader Graph中添加扩散配置文件节点是一个直观的过程。首先需要在Shader Graph编辑器的创建节点菜单中定位到该节点。可以通过以下步骤完成：

• 在Shader Graph编辑器的空白区域右键点击，打开节点创建菜单
• 在搜索框中输入"Diffusion Profile"或浏览至HDRP类别下找到该节点
• 点击节点名称将其添加到图中

添加节点后，最重要的步骤是将其与实际的扩散配置文件资源关联起来。在节点的检视面板中，可以看到一个资源引用字段，需要在此处指定一个已创建的扩散配置文件。如果项目中没有合适的扩散配置文件，需要先创建该资源。

创建扩散配置文件资源的过程：

• 在Project视图中右键点击，选择Create > Rendering > HDRP Diffusion Profile
• 为新资源命名并调整其参数以满足项目需求
• 返回Shader Graph，将新创建的扩散配置文件资源拖拽到节点的对应字段中

配置扩散配置文件资源时，需要理解几个关键参数的意义：

• 散射半径（Scattering Radius）：定义光线在材质内部散射的距离，影响散射效果的柔和度和范围
• 纹理分辨率（Texture Resolution）：用于散射预积分纹理的尺寸，更高的分辨率提供更精确的结果但增加内存使用
• 散射颜色（Scattering Color）：影响散射光线的色调，通常设置为材质的主色调或血液颜色（对于皮肤）
• 权重参数（Weight Parameters）：控制不同类型散射的贡献程度，允许微调散射效果的外观

正确配置这些参数对于获得理想的视觉效果至关重要。例如，在创建人类皮肤材质时，通常需要相对较小的散射半径和偏红的散射颜色，以模拟皮肤下血管的效果。

节点端口详解与数据流

扩散配置文件节点仅有一个输出端口，标记为"Out"。这个端口的输出类型是浮点数，但其含义远超过普通的数值。理解这个输出值的本质对于正确使用节点至关重要。

输出端口的浮点值实际上是一个经过特殊编码的标识符，它不代表普通的数学值，而是指向内部扩散配置文件数据库的索引。当这个值传递给HDRP的着色器系统时，系统会使用它来查找对应的散射参数集。

由于这个特殊性质，对输出值的数学操作需要格外小心：

• 将输出值乘以0会有效地禁用扩散配置文件，因为结果不再对应任何有效的配置文件索引
• 将输出值乘以1会保持原样，继续使用关联的扩散配置文件
• 其他数学操作可能导致未定义行为，因为结果值可能不对应任何已注册的配置文件

在Shader Graph中连接扩散配置文件节点时，通常应将其输出直接连接到主节点的Diffusion Profile输入槽。这种直接连接确保标识符不被意外修改，保证HDRP能够正确识别和使用扩散配置文件。

在某些高级用例中，开发者可能需要在不同条件下选择使用不同的扩散配置文件。这种情况下，可以使用条件逻辑来控制使用哪个配置文件的标识符。例如，可以使用分支节点根据距离或其他因素在两个不同的扩散配置文件节点输出之间进行选择。但需要注意，HDRP不支持在同一像素上混合多个扩散配置文件，因此这种切换应该是离散的而非连续的。

在真实项目中的实际应用

扩散配置文件节点最常见的应用是创建逼真的皮肤材质。人类皮肤具有复杂的多层结构，每层对光线的散射方式各不相同。使用扩散配置文件可以近似这种效果，而不需要模拟完整的体积散射。

创建真实皮肤材质的步骤：

• 首先创建或获取一个基础皮肤纹理，包含漫反射颜色、法线信息和其他表面细节
• 在HDRP中创建扩散配置文件资源，设置适合皮肤的参数：
  • 设置散射半径约为2-5毫米（取决于角色比例和艺术方向）
  • 调整散射颜色为略带红色或橙色的色调，模拟皮下血液的影响
  • 根据目标平台平衡纹理分辨率和质量需求
• 在Shader Graph中集成扩散配置文件节点，将其输出连接到主节点
• 可能需要额外调整材质的光泽度和反射属性，以配合散射效果

除了皮肤，扩散配置文件还可用于多种其他材质：

• 蜡质材料：如蜡烛、奶酪等，通常需要中等散射半径和温和的散射颜色
• 植物材料：树叶、花瓣等，光透射效果可以通过散射模拟
• 大理石和玉石：这些矿物材料具有独特的半透明特性
• 塑料和橡胶：某些类型的塑料具有轻微的次表面散射效果

在实际项目中，性能考虑是必不可少的。次表面散射是一种计算密集型效果，特别是在高分辨率下。对于移动平台或低端硬件，可能需要减少散射采样次数或使用简化的散射模型。HDRP提供了多种质量设置，允许根据目标平台调整散射计算的精度。

高级技巧与最佳实践

掌握扩散配置文件节点的基本用法后，可以探索一些高级技巧来提升材质质量或优化性能。

多层材质技术：

对于特别复杂的材质如真实人类皮肤，单一扩散配置文件可能不足以捕捉所有细节。在这种情况下，可以使用多个材质层，每层使用不同的扩散配置文件。通过精心设计的混合策略，可以创建更加丰富和真实的散射效果。需要注意的是，这种技术会增加渲染成本，应谨慎使用。

性能优化策略：

• 使用适当的纹理分辨率：对于远处可见的物体，可以使用较低分辨率的散射纹理
• 限制使用散射的物体数量：只为对视觉影响最大的物体启用高质量的次表面散射
• 利用HDRP的质量设置：根据目标平台调整全局散射质量
• 考虑使用简化的散射模型：对于某些材质，近似散射效果可能就足够了

与其它HDRP功能集成：

扩散配置文件节点可以与其他HDRP特性结合使用，创建更加复杂和真实的效果。例如：

• 与光线追踪结合：HDRP的光线追踪次表面散射可以提供更准确的物理效果，但性能成本更高
• 与后期处理效果配合：适当的颜色分级和色调映射可以增强散射效果的视觉冲击力
• 与光照系统协同：正确设置场景光照对于展现散射效果至关重要，特别是背光和边缘光情况

调试和问题解决：

当散射效果不如预期时，可以使用以下方法进行调试：

• 检查扩散配置文件资源是否正确分配给了节点
• 验证节点输出是否正确地连接到了主节点
• 使用HDRP的调试视图可视化散射效果，如散射 albedo 或散射半径
• 确保材质使用了正确的着色器类型，某些着色器可能不支持次表面散射

常见问题与解决方案

在使用扩散配置文件节点时，开发者可能会遇到一些典型问题。了解这些问题及其解决方案可以帮助节省调试时间。

节点输出值为0或无效：

这通常表示节点没有正确配置扩散配置文件资源。检查节点检视面板中的资源引用字段，确保已分配有效的扩散配置文件。如果资源已被删除或移动，需要重新分配。

散射效果不明显或过强：

这通常是由于扩散配置文件参数设置不当造成的。调整散射半径和散射颜色可以显著改变效果的外观。记住，散射半径的单位是米，因此对于小物体（如游戏角色），值通常在0.001到0.01范围内。

性能问题：

如果启用次表面散射后帧率显著下降，考虑以下优化措施：

• 减少散射采样次数（在HDRP资产设置中调整）
• 降低扩散配置文件的纹理分辨率
• 只为近距离可见的物体使用高质量散射
• 使用HDRP的LOD系统，根据距离切换不同质量的散射效果

平台兼容性问题：

虽然扩散配置文件节点专为HDRP设计，但在不同平台上可能有不同的表现。特别是在移动设备上，某些高级散射功能可能不可用。使用HDRP的平台特定设置可以确保在所有目标设备上获得一致的行为。

与自定义着色器代码的集成：

对于需要超出Shader Graph功能的高级用例，可能需要将扩散配置文件与自定义HLSL着色器代码结合使用。在这种情况下，需要了解HDRP如何内部处理扩散配置文件标识符，并确保自定义代码与HDRP的散射系统正确交互。

扩散配置文件节点的未来发展趋势

随着实时渲染技术的不断进步，扩散配置文件节点和相关的次表面散射功能也在持续演化。了解这些趋势可以帮助开发者更好地规划长期项目。

实时全局光照与散射的集成：

未来的HDRP版本可能会更紧密地集成次表面散射与全局光照系统，允许散射光线影响周围环境，实现更加真实的材质交互。

机器学习加速的散射模型：

机器学习技术正在被越来越多地用于实时渲染的各个领域。未来可能会看到基于神经网络的散射模型，能够在保持高质量的同时大幅降低计算成本。

更高效的混合渲染技术：

随着混合渲染器（如HDRP的Hybrid Renderer）的成熟，次表面散射可能会受益于新的渲染架构，在保持视觉质量的同时提高性能。

艺术家友好的工具改进：

Unity一直在努力使复杂渲染技术更易于艺术家使用。未来可能会看到扩散配置文件节点的改进界面，更直观的参数控制和实时预览功能。

跨管线兼容性：

虽然目前扩散配置文件节点仅适用于HDRP，但未来可能会看到类似功能在URP中的实现，使更多项目能够利用高质量的次表面散射效果。

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达 （欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）

【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

在Unity的Shader Graph系统中，Custom Depth Node（自定义深度节点）是一个功能强大的工具，专门用于访问和处理高清渲染管线（HDRP）中的自定义深度缓冲区。这个节点为着色器开发者提供了精细控制深度信息的能力，是实现高级渲染效果的基石。

渲染管线兼容性深度分析

Custom Depth Node在不同渲染管线中的支持情况是开发者必须首先了解的关键信息。这个节点的设计初衷是为了满足HDRP的高级渲染需求，因此在兼容性上有着明确的界限划分。

高清渲染管线（HDRP）支持

HDRP作为Unity的高端渲染解决方案，专门为需要高质量图形表现的项目设计。在这个管线中，Custom Depth Node能够完全发挥其功能：

• HDRP维护了专门的自定义深度缓冲区，存储了场景中特定对象的深度信息
• 支持多通道渲染，允许不同对象写入不同的深度缓冲区
• 提供了完整的深度缓冲管理机制，确保深度数据的准确性和一致性
• 能够处理复杂的场景层次和渲染优先级

通用渲染管线（URP）不支持

URP作为轻量级的通用渲染解决方案，在深度缓冲区的管理上采用了不同的策略：

• URP没有专门维护独立的Custom Depth Buffer
• 深度信息主要通过主深度缓冲区进行管理
• 渲染架构相对简化，不支持HDRP中的高级深度特性
• 如果需要深度信息，通常需要使用Scene Depth节点访问主深度缓冲区

这种兼容性差异源于两个渲染管线的设计哲学和目标平台的不同。HDRP面向高端平台，追求极致的视觉效果，而URP则注重性能和跨平台兼容性。

端口配置与参数详解

Custom Depth Node的端口配置决定了它如何接收输入数据和输出处理结果。深入理解每个端口的功能对于正确使用该节点至关重要。

UV输入端口

UV输入端口是Custom Depth Node的核心配置项，它决定了深度采样的位置和方式：

• 数据类型：Vector 4
• 默认绑定：屏幕位置（Screen Position）
• 功能描述：设置标准化屏幕坐标，用于指定深度采样的位置

UV端口的正确配置需要考虑多个因素：

• 屏幕空间坐标系统：Unity使用左下角为(0,0)、右上角为(1,1)的标准化坐标系统
• 坐标变换：需要确保输入的UV坐标正确映射到屏幕空间
• 多显示器支持：在需要多显示器渲染的场景中，UV坐标需要相应调整

在实际使用中，UV输入端口的配置示例：

HLSL

// 直接使用屏幕位置
float4 screenPos = GetScreenPosition();

// 手动计算UV坐标
float2 uv = float2(input.position.x / _ScreenParams.x,
                   input.position.y / _ScreenParams.y);

输出端口

输出端口提供了处理后的深度数据：

• 数据类型：Vector 4
• 绑定关系：无预设绑定
• 功能描述：输出根据选定采样模式处理后的深度值

输出数据的解读依赖于选择的深度采样模式，不同模式下的输出含义各不相同。开发者需要根据具体的渲染需求选择合适的采样模式。

深度采样模式全面解析

深度采样模式决定了Custom Depth Node如何处理和输出深度信息。每种模式都有其特定的应用场景和数学特性。

Linear01采样模式

Linear01模式将深度值线性化并归一化到[0,1]范围内：

• 数学特性：执行透视除法，将非线性深度缓冲值转换为线性关系
• 输出范围：严格的0到1之间，0表示近裁剪面，1表示远裁剪面
• 应用场景：适合需要相对深度信息的特效，如雾效、深度渐隐等

Linear01模式的数学原理：

HLSL

float Linear01Depth(float z)
{
    return 1.0 / (_ZBufferParams.x * z + _ZBufferParams.y);
}

在实际应用中的优势：

• 数值范围统一，便于后续计算和插值
• 视觉效果更加自然，符合人眼对距离的感知
• 适合用于基于百分比的深度混合效果

Raw采样模式

Raw模式直接输出深度缓冲区中的原始数值：

• 数据特性：保持深度缓冲区的原始非线性分布
• 精度特点：在近处提供更高精度，远处精度逐渐降低
• 应用场景：深度比较、深度测试、模板阴影等需要原始深度数据的场景

Raw模式的特性分析：

• 非线性分布：z' = (1/z - 1/near) / (1/far - 1/near)
• 精度优势：在近裁剪面附近提供更高的深度精度
• 性能考虑：避免额外的数学运算，性能开销较小

Eye采样模式

Eye模式将深度值转换为视空间中的实际距离：

• 单位系统：使用世界单位（通常为米）表示距离
• 线性关系：输出值与实际距离呈线性关系
• 应用场景：需要真实距离计算的物理效果，如体积光、真实雾效等

Eye模式的转换原理：

HLSL

float LinearEyeDepth(float z)
{
    return 1.0 / (_ZBufferParams.z * z + _ZBufferParams.w);
}

这种模式在实际项目中的应用价值：

• 物理准确性：提供真实的距离信息，适合基于物理的渲染
• 直观理解：输出值直接对应场景中的实际距离
• 复杂效果：支持需要精确距离计算的高级渲染效果

实际应用场景与案例分析

Custom Depth Node在HDRP项目中有广泛的应用场景，以下是几个典型的应用案例。

高级景深效果实现

使用Custom Depth Node可以实现电影级别的景深效果：

HLSL

// 景深效果的核心实现
void ApplyDepthOfField(float2 uv, float focusDistance, float focalLength)
{
    float depth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
    float blurAmount = saturate(abs(depth - focusDistance) / focalLength);

    // 基于深度差异应用模糊
    return ApplyBlur(uv, blurAmount);
}

实现要点：

• 使用LinearEye模式获取真实距离信息
• 根据焦点距离计算模糊强度
• 结合后处理堆栈实现高质量的模糊效果

交互式水体和液体效果

Custom Depth Node在液体渲染中发挥关键作用：

HLSL

// 水体表面与场景交互
void CalculateWaterEffects(float2 uv, float waterLevel)
{
    float sceneDepth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
    float waterDepth = max(0, sceneDepth - waterLevel);

    // 基于水深调整颜色和透明度
    float3 waterColor = Lerp(_ShallowColor, _DeepColor, waterDepth / _MaxDepth);
    float transparency = exp(-waterDepth * _Absorption);
}

技术细节：

• 精确计算水面下的物体深度
• 基于深度调整光学特性（吸收、散射）
• 实现真实的深度颜色渐变

体积雾和大气效果

利用深度信息创建真实的体积效果：

HLSL

// 体积雾密度计算
float CalculateFogDensity(float2 uv, float3 worldPos)
{
    float depth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
    float fogDensity = 0.0;

    // 基于距离的指数雾
    fogDensity = _FogDensity * exp(-depth * _FogFalloff);

    // 添加高度雾
    fogDensity += _HeightFogDensity * exp(-worldPos.y * _HeightFalloff);

    return saturate(fogDensity);
}

优化考虑：

• 使用Linear01模式进行快速深度测试
• 结合深度和高度信息创建复杂的大气效果
• 通过深度值优化雾效计算范围

性能优化与最佳实践

在使用Custom Depth Node时，性能优化是必须考虑的重要因素。

深度采样优化策略

• 减少采样次数：在可能的情况下复用深度采样结果
• 使用mipmap：对于不需要高精度深度的效果，使用较低级别的mipmap
• 早期深度测试：合理安排着色器执行顺序，尽早进行深度测试

内存带宽优化

HLSL

// 优化的深度采样模式选择
#ifndef REQUIRE_HIGH_PRECISION_DEPTH
    // 使用较低精度的采样
    float depth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR01);
#else
    // 需要高精度时使用完整精度
    float depth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
#endif

平台特定优化

不同硬件平台对深度采样的支持存在差异：

• PC和主机平台：支持全精度深度采样
• 移动平台：可能需要使用半精度或特定的优化格式
• VR平台：需要考虑双目渲染的深度一致性

高级技巧与疑难解答

自定义深度与运动矢量结合

HLSL

// 结合深度和运动矢量实现运动模糊
void AdvancedMotionBlur(float2 uv, float2 motionVector)
{
    float currentDepth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
    float2 prevUV = uv - motionVector;
    float previousDepth = SampleCustomDepth(prevUV, LINEAR_EYE);

    // 基于深度一致性验证运动矢量
    if(abs(currentDepth - previousDepth) < _DepthTolerance)
    {
        // 应用高质量运动模糊
        return ApplyMotionBlur(uv, motionVector);
    }
    else
    {
        // 回退到普通运动模糊
        return FallbackMotionBlur(uv, motionVector);
    }
}

深度精度问题解决

深度精度问题是深度渲染中的常见挑战：

• 远平面设置：合理设置远裁剪面距离，避免精度浪费
• 对数深度缓冲区：在需要超大范围深度时考虑使用对数深度
• 深度偏移：处理深度冲突和z-fighting问题

多相机渲染中的深度管理

在复杂渲染管线中处理多相机场景：

HLSL

// 多相机深度合成
float CompositeMultiCameraDepth(float2 uv)
{
    float mainCameraDepth = SampleCustomDepth(uv, LINEAR_EYE);
    float secondaryCameraDepth = SampleSecondaryDepth(uv, LINEAR_EYE);

    // 基于渲染优先级合成深度
    return min(mainCameraDepth, secondaryCameraDepth);
}

与其他节点的协同工作

Custom Depth Node很少单独使用，通常需要与其他Shader Graph节点配合。

与Scene Depth节点的对比使用

HLSL

// 场景深度与自定义深度的混合使用
void HybridDepthEffects(float2 uv)
{
    float sceneDepth = SceneDepth(uv);
    float customDepth = CustomDepth(uv, LINEAR_EYE);

    // 基于特定条件选择深度源
    float finalDepth = customDepth > 0 ? customDepth : sceneDepth;

    // 应用深度相关效果
    ApplyDepthBasedEffects(uv, finalDepth);
}

在渲染管线中的集成

Custom Depth Node需要正确集成到HDRP渲染管线中：

• 确保自定义深度通道正确设置
• 配置深度写入对象的渲染层
• 设置适当的渲染顺序和队列

调试与可视化技巧

深度效果的调试是开发过程中的重要环节。

深度可视化工具

HLSL

// 深度值可视化
float3 VisualizeDepth(float depth, int mode)
{
    switch(mode)
    {
        case 0: // 灰度可视化
            return depth.xxx;
        case 1: // 热力图
            return HeatMap(depth, 0, _FarClipPlane);
        case 2: // 等高线
            return ContourLines(depth, _ContourSpacing);
        default:
            return float3(1,0,1); // 错误颜色
    }
}

常见问题诊断

• 深度数据为0：检查自定义深度通道是否启用
• 深度值异常：验证UV坐标和采样模式
• 性能问题：分析深度采样频率和精度需求

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达 （欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，🙏）