【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

概述

Matrix 2x2节点是Unity URP Shader Graph中的一个基础数学节点，用于在着色器程序中定义和操作2x2矩阵。在计算机图形学和实时渲染中，矩阵是不可或缺的数学工具，而2x2矩阵虽然规模较小，但在特定场景下具有重要的应用价值。该节点允许着色器开发者在可视化编程环境中直接创建和配置2x2矩阵，无需编写复杂的HLSL代码。

在Shader Graph的节点体系中，Matrix 2x2节点属于常量定义类节点，它输出的矩阵值在着色器执行过程中保持不变。这种特性使得它特别适合用于定义那些在渲染过程中不需要变化的变换参数，如固定的旋转、缩放或剪切变换。

理解Matrix 2x2节点的功能和应用场景对于掌握Shader Graph的高级技巧至关重要。虽然现代图形编程中更常见的是4x4矩阵（用于处理3D空间变换），但2x2矩阵在优化性能和特定算法实现方面仍具有独特优势，特别是在处理2D图形、UV坐标变换和简化计算等方面。

描述

Matrix 2x2节点在Shader Graph环境中创建并输出一个2行2列的常量矩阵。从数学角度看，2x2矩阵是由4个标量元素 arranged in a rectangular array with two rows and two columns。在着色器编程中，这种数据结构通常用于表示线性变换，如旋转、缩放、剪切和反射等。

该节点的主要特点是其输出的矩阵值在着色器执行期间保持不变，这意味着它不适合用于需要动态变化的变换操作。对于需要每帧更新的矩阵变换，开发者应当考虑使用Shader Graph中的其他节点，如通过脚本传递的矩阵参数或基于时间节点的动态计算。

在内部实现上，Matrix 2x2节点对应于HLSL中的float2x2数据类型。当Shader Graph编译时，该节点会生成相应的HLSL代码，在最终着色器中声明一个常量矩阵。这种设计使得不熟悉HLSL语法的美术师和设计师也能轻松创建和使用矩阵运算，降低了着色器开发的技术门槛。

Matrix 2x2节点的应用范围相当广泛，从简单的纹理坐标变换到复杂的数学运算都能见到它的身影。在2D游戏开发中，它可用于创建精灵的旋转和缩放效果；在UI着色器中，它能帮助实现各种动态变换效果；甚至在3D渲染中，它也能优化某些特定计算，如法线变换的部分计算或简化版的投影变换。

端口

Matrix 2x2节点的端口配置相对简单，仅包含一个输出端口，这反映了该节点作为数据源的本质特性。

输出端口

Matrix 2x2节点的输出端口是节点功能的唯一出口，负责将定义的矩阵数据传递给Shader Graph中的其他节点。理解这个端口的特性对于正确使用该节点至关重要。

• 名称：Out
• 方向：输出
• 类型：Matrix 2
• 绑定：无
• 描述：输出值

输出端口类型被标记为"Matrix 2"，这指的是一个2x2的浮点数矩阵。在Shader Graph的类型系统中，这是一种基本的数据类型，可以与许多其他节点兼容。当连接该输出到其他节点的输入时，Shader Graph会自动处理类型匹配和转换，前提是目标输入支持矩阵类型或可以进行隐式转换。

值得注意的是，输出端口的连接灵活性使得Matrix 2x2节点可以与其他多种节点类型配合使用。例如，它可以连接到矩阵乘法节点的输入，与另一个矩阵或向量进行运算；也可以连接到自定义函数节点，作为复杂计算的输入参数；甚至可以作为着色器阶段的输出，影响最终的渲染结果。

在实际使用中，输出端口的矩阵数据遵循行优先的存储顺序。这意味着矩阵的第一行元素首先存储在内存中，然后是第二行元素。这种存储方式与HLSL的标准一致，但在与某些按列优先存储矩阵的系统（如某些数学库）交互时需要注意顺序转换。

控件

Matrix 2x2节点的控件界面是用户与节点交互的主要途径，通过这个界面，开发者可以直观地设置矩阵的具体数值。

矩阵控件

Matrix 2x2节点的核心控件是一个2x2的矩阵输入界面，允许用户直接设置四个矩阵元素的值。这个设计既满足了精确控制的需求，又保持了操作的直观性。

• 名称：（无特定名称，通常以节点类型标识）
• 类型：Matrix 2x2
• 选项：无
• 描述：设置输出值

控件界面通常呈现为一个2行2列的网格，每个单元格对应矩阵中的一个元素。用户可以直接在单元格中输入数值，或者通过拖拽方式调整值。在某些Shader Graph版本中，还可能支持通过表达式或引用其他节点的方式来定义矩阵值，这增加了使用的灵活性。

矩阵控件的默认值通常是单位矩阵（Identity Matrix），即主对角线上的元素为1，其他元素为0。单位矩阵在矩阵运算中扮演着类似于数字1的角色，任何矩阵与单位矩阵相乘都不会改变。这种默认设置是合理的，因为它确保了新添加的Matrix 2x2节点不会意外改变现有的变换效果。

从用户体验角度考虑，矩阵控件的设计遵循了Shader Graph的一致性原则：提供即时视觉反馈。当用户修改矩阵值时，可以立即在Shader Graph的预览窗口中看到效果变化，这大大加快了着色器的迭代开发过程。

对于高级用户，矩阵控件还支持通过脚本或Graph API进行批量设置和自动化操作，这在处理大量相似着色器或需要程序化生成材质的情况下非常有用。

生成的代码示例

当Shader Graph编译时，Matrix 2x2节点会生成对应的HLSL代码，了解这些代码有助于深入理解节点的底层工作原理和进行高级优化。

基础代码生成

最基本的Matrix 2x2节点会生成如下形式的HLSL代码：

HLSL

float2x2 _Matrix2x2 = float2x2(1, 0, 0, 1);

这行代码声明了一个名为_Matrix2x2的float2x2类型变量，并将其初始化为单位矩阵。在HLSL语法中，float2x2构造函数接受四个浮点参数，按行优先顺序排列：第一行第一个元素、第一行第二个元素、第二行第一个元素、第二行第二个元素。

自定义矩阵值

如果用户在控件中设置了非默认的矩阵值，例如：

[2, 1]
[3, 4]

生成的代码将反映这些变化：

HLSL

float2x2 _Matrix2x2 = float2x2(2, 1, 3, 4);

这种直接的代码生成方式确保了Shader Graph可视化编程与文本式着色器编程之间的一致性。对于熟悉HLSL的开发者来说，这种透明性使得他们可以预测和优化最终生成的着色器代码。

代码集成

在完整的着色器中，生成的矩阵变量可以被其他部分引用。例如，结合矩阵乘法运算：

HLSL

// Matrix 2x2节点生成的代码
float2x2 _RotationMatrix = float2x2(0.707, -0.707, 0.707, 0.707);

// 其他节点可能生成的代码
float2 inputVector = float2(1, 0);
float2 transformedVector = mul(_RotationMatrix, inputVector);

此示例展示了如何用Matrix 2x2节点定义一个旋转矩阵，并将其应用于输入向量。在实际的Shader Graph中，这些操作通过节点连接可视化完成，但底层仍然转换为类似的HLSL代码。

理解代码生成机制对于调试复杂着色器尤为重要。当遇到性能问题或渲染错误时，检查生成的HLSL代码可以帮助定位问题源头，确定是Matrix 2x2节点本身的问题，还是与其他节点组合使用时产生的问题。

应用场景

Matrix 2x2节点在Shader Graph中有多种应用场景，从简单的变换操作到复杂的数学计算都能发挥作用。

2D变换操作

2x2矩阵最直接的用途是表示二维线性变换，包括旋转、缩放、剪切等操作。

• 旋转：通过2x2旋转矩阵可以对2D坐标进行旋转变换。旋转矩阵的形式为：

  [cos(θ), -sin(θ)]
  [sin(θ),  cos(θ)]
  

  其中θ表示旋转角度。在Shader Graph中，可以通过将Matrix 2x2节点与三角函数节点结合来创建这样的矩阵。

• 缩放：缩放矩阵是对角矩阵，对角线上的元素表示各轴的缩放因子：

  [sx,  0]
  [ 0, sy]
  

  这种矩阵在实现非均匀缩放效果时非常有用。

• 剪切：剪切变换可以通过非对角矩阵实现，例如：

  [1, k]
  [0, 1]
  

  表示水平剪切变换，其中k是剪切因子。

UV动画与变形

在纹理采样前对UV坐标进行变换是Matrix 2x2节点的常见应用。

• 流动效果：通过旋转矩阵可以使纹理UV产生旋转流动效果，常用于水面、魔法特效等场景。
• 动态变形：结合时间节点，可以创建动态变化的矩阵，实现纹理的脉动、扭曲等复杂动画效果。
• 多图层混合：使用不同的变换矩阵处理多个纹理图层，然后通过混合节点合成，可以创建丰富的材质效果。

数学运算与算法实现

除了图形变换，2x2矩阵在实现特定算法方面也有重要作用。

• 线性方程组求解：2x2矩阵可用于表示和求解二元线性方程组，在着色器中实现简单的数学建模。
• 特征值分解：对于对称2x2矩阵，可以相对容易地计算特征值和特征向量，用于方向性效果和物理模拟。
• 坐标系统转换：在不同2D坐标系统之间转换时，2x2矩阵可以表示基变换。

性能优化

在某些情况下，使用2x2矩阵代替更高维矩阵可以优化着色器性能。

• 简化计算：当处理2D数据时，使用2x2矩阵而不是4x4矩阵可以减少计算量，提高着色器执行效率。
• 特定硬件优化：在移动平台或低端硬件上，减少矩阵运算复杂度可以显著提升渲染性能。

与其他节点的连接

Matrix 2x2节点的真正威力在于与其他Shader Graph节点的组合使用，通过节点连接可以构建复杂的着色器功能。

与数学节点的连接

Matrix 2x2节点可以与各种数学节点连接，实现动态矩阵生成和变换。

• 三角函数节点：结合Sin和Cos节点可以创建旋转矩阵，实现基于角度的旋转变换。
• 算术运算节点：通过Add、Multiply等节点可以对矩阵值进行动态修改，创建动画效果。
• 向量分解节点：使用Vector2节点的输出作为矩阵的输入元素，实现基于向量的矩阵构造。

与矩阵运算节点的连接

Shader Graph提供了专门的矩阵运算节点，与Matrix 2x2节点配合使用。

• 矩阵乘法节点：将Matrix 2x2节点与另一个矩阵或向量连接，实现线性变换。
• 矩阵转置节点：获取Matrix 2x2节点的转置矩阵，用于特定数学运算。
• 矩阵求逆节点：计算2x2矩阵的逆矩阵，用于撤销变换效果。

与采样器和纹理节点的连接

Matrix 2x2节点可以控制纹理采样过程，实现动态纹理效果。

• UV变换：将Matrix 2x2节点连接到Sample Texture 2D节点的UV输入，实现对纹理坐标的变换。
• 多纹理混合：使用不同的变换矩阵处理多个纹理，然后通过混合节点合成复杂材质。
• 程序化生成：结合噪声节点和矩阵变换，可以程序化生成各种自然图案和效果。

与自定义函数节点的连接

对于高级用户，Matrix 2x2节点可以与Custom Function节点结合，实现Shader Graph原生节点无法提供的功能。

• 特殊算法：将矩阵传递给自定义HLSL函数，实现复杂的数学运算或特定渲染算法。
• 数据封装：使用矩阵作为多个相关参数的封装，简化节点图的复杂度。
• 跨图形API兼容：通过自定义函数处理不同图形API下的矩阵差异，确保着色器跨平台兼容。

最佳实践与性能考虑

正确使用Matrix 2x2节点不仅关乎功能实现，还影响着色器的性能和可维护性。

性能优化策略

在实时渲染中，性能始终是关键考虑因素，使用Matrix 2x2节点时应注意以下性能要点：

• 优先使用2x2矩阵：当处理2D数据时，使用2x2矩阵而不是更高维矩阵可以减少计算开销。与4x4矩阵相比，2x2矩阵乘法只需要4次乘法和2次加法，而4x4矩阵需要16次乘法和12次加法。
• 避免每帧更新：由于Matrix 2x2节点定义的是常量矩阵，不适合需要频繁更新的场景。对于动态矩阵，考虑使用脚本通过Material.SetMatrix方法传递，或使用Shader Graph属性并设置为可动态更新。
• 合理使用矩阵运算：不是所有变换都需要矩阵表示。简单的平移、缩放操作有时使用向量运算更为高效，特别是在移动平台上。
• 注意精度选择：在不需要高精度的场合，考虑使用half精度而不是float精度，这可以显著提升移动设备的性能。

节点图优化技巧

优化Shader Graph节点图结构可以提高工作效率并减少错误：

• 命名规范：为Matrix 2x2节点赋予描述性名称，如"RotationMatrix"或"UvTransform"，便于理解和维护复杂节点图。
• 模块化设计：将常用的矩阵变换封装为Sub Graph，提高重用性并减少节点图复杂度。
• 默认值设置：合理设置矩阵的默认值，确保新材质实例具有预期的初始行为。
• 文档注释：使用Sticky Note节点为复杂的矩阵运算添加说明，便于团队协作和后期维护。

调试与故障排除

当使用Matrix 2x2节点遇到问题时，以下调试技巧可能有所帮助：

• 预览节点输出：使用Preview节点可视化矩阵变换结果，检查是否符合预期。
• 分步验证：复杂矩阵运算应分步验证，确保每个阶段的结果正确。
• 检查矩阵顺序：确认矩阵构造和乘法顺序是否正确，行优先和列优先顺序的混淆是常见错误来源。
• 验证单位矩阵：当不确定矩阵运算是否正确时，先用单位矩阵测试，确保基础流程正常工作。

实际案例

通过具体案例可以更好地理解Matrix 2x2节点的实际应用。

案例一：2D精灵旋转动画

创建一个使2D精灵绕中心点旋转的着色器：

1. 添加Matrix 2x2节点到Shader Graph中
2. 创建Time节点和Multiply节点，将时间与旋转速度相乘
3. 使用Sin和Cos节点根据角度生成旋转矩阵元素
4. 将旋转矩阵连接到Sprite Shader节点的UV输入
5. 调整旋转中心，确保精灵绕正确点旋转

这种技术可用于创建游戏中的旋转道具、角色特效等。

案例二：动态纹理变形

实现一个随时间动态变形的纹理效果：

1. 使用两个Matrix 2x2节点，一个用于基础变换，一个用于动态扰动
2. 将Time节点与噪声节点结合，生成动态扰动因子
3. 通过矩阵乘法组合基础变换和扰动矩阵
4. 将最终矩阵应用于纹理采样UV
5. 调整参数控制变形强度和频率

这种效果适用于水面、热浪扭曲等场景。

案例三：多图层UV变换

创建具有多个纹理图层，每层有独立变换的复杂材质：

1. 为每个纹理图层创建独立的Matrix 2x2节点
2. 使用不同的变换参数（旋转角度、缩放因子等）
3. 将各变换矩阵分别应用到对应的纹理采样节点
4. 使用混合节点合并各图层结果
5. 通过参数控制图层混合方式

这种方法可以创建丰富的材质效果，如锈迹斑斑的金属、磨损的皮革等。

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Shadow Mask 节点是 Unity URP Shader Graph 中一个重要的光照处理节点，专门用于获取烘焙后的 ShadowMask 信息。在实时渲染和烘焙光照结合的场景中，Shadow Mask 技术发挥着关键作用，它允许开发者在保持高性能的同时实现高质量的阴影效果。通过将静态阴影信息预计算并存储在纹理中，Shadow Mask 节点能够在运行时高效地应用这些预计算数据，为场景提供逼真的阴影交互。

Shadow Mask 节点的核心功能是输出一个包含四个灯光 shadowmask 信息的数据结构，每个通道分别对应不同灯光的阴影遮蔽数据。这种四通道的输出结构使得开发者能够同时处理多个光源的阴影信息，为复杂光照场景的渲染提供了便利。在 URP 渲染管线中，Shadow Mask 节点是实现高质量静态阴影的关键工具，特别适合需要平衡性能与视觉效果的项目。

描述

Shadow Mask 节点的主要作用是获取场景中烘焙后的 ShadowMask 信息。在 Unity 的光照烘焙系统中，静态物体的阴影信息可以被预计算并存储在特定的纹理中，这些纹理就是 ShadowMask。Shadow Mask 节点允许着色器在运行时访问这些预计算的阴影数据，从而实现高效的阴影渲染。

Shadow Mask 技术的核心优势在于其性能优化能力。通过将耗实的实时阴影计算转换为纹理采样操作，显著降低了 GPU 的计算负担。这对于移动设备或性能受限的平台尤为重要。Shadow Mask 节点输出的数据结构包含四个灯光的 shadowmask 信息，每个通道（R、G、B、A）分别对应一个特定灯光的阴影遮蔽数据。这种设计使得单个节点能够处理多个光源的阴影信息，提高了着色器的效率。

在实际应用中，Shadow Mask 节点通常与光照贴图（Lightmap）系统配合使用。当场景中的静态物体被标记为参与光照烘焙时，Unity 会生成包含阴影信息的 ShadowMask 纹理。Shader Graph 中的 Shadow Mask 节点通过采样这些纹理，为材质提供准确的阴影数据。这种机制确保了静态物体能够呈现出与动态物体相协调的阴影效果，同时保持渲染性能。

Shadow Mask 节点的一个重要特性是其输出的阴影数据是经过预计算的，这意味着阴影的质量和精度在烘焙阶段就已经确定。因此，在使用 Shadow Mask 节点时，开发者需要确保光照烘焙的质量设置能够满足项目的视觉需求。高质量的烘焙设置会产生更精确的阴影边缘和更自然的阴影过渡，而低质量的设置可能会导致阴影出现锯齿或模糊。

支持的渲染管线

• 通用渲染管线（Universal Render Pipeline）

高清渲染管线（High Definition Render Pipeline）不支持此节点。这是因为不同的渲染管线采用了不同的阴影处理架构和光照系统。URP 作为轻量级的渲染管线，其 Shadow Mask 实现更加注重性能和移动设备的兼容性，而 HDRP 则使用了更复杂的阴影系统，如屏幕空间阴影和光线追踪阴影，因此不需要传统的 Shadow Mask 节点。

URP 中的 Shadow Mask 节点是专门为该渲染管线的光照系统设计的，它与 URP 的光照烘焙流程紧密集成。开发者在使用此节点时，需要确保项目使用的是 URP 模板，并且光照设置正确配置了 ShadowMask 模式。如果项目从内置渲染管线或其他渲染管线迁移而来，可能需要重新配置光照设置才能正确使用 Shadow Mask 节点。

端口

Shadow Mask 节点包含两个主要端口：一个输入端口和一个输出端口。这些端口定义了节点与其他着色器节点的数据流，理解每个端口的功能对于正确使用 Shadow Mask 节点至关重要。

名称	方向	类型	绑定	描述
Lightmap UV	输入	Vector 2	无	输入光照贴图的 UV 坐标
Out	输出	Vector 4	无	输出包含四个灯光的 shadowmask 信息（RGBA 通道）

Lightmap UV 输入端口

Lightmap UV 输入端口接收 Vector 2 类型的数据，表示光照贴图的 UV 坐标。这些坐标用于在 ShadowMask 纹理中进行采样，以获取对应位置的阴影信息。光照贴图 UV 通常由网格的第二个 UV 通道提供，这个通道专门用于光照贴图和 ShadowMask 的映射。

在使用 Lightmap UV 输入端口时，开发者需要注意以下几点：

• UV 坐标必须正确对应到光照贴图的空间。如果 UV 坐标不正确，可能会导致阴影采样位置错误，出现阴影错位或缺失的问题。
• 对于动态生成的或程序化创建的网格，需要确保其包含有效的第二套 UV 坐标，否则 Shadow Mask 节点将无法正常工作。
• 在某些情况下，开发者可能需要使用 UV 变换节点对光照贴图 UV 进行调整，以解决 UV 拉伸或扭曲问题。

Lightmap UV 输入端口的典型连接方式是从顶点着色器获取第二套 UV 坐标，或者使用特定的 UV 节点生成。在 Shader Graph 中，可以通过 Position 节点或 Sample Texture 2D 节点的 UV 输出来获取光照贴图 UV。

Out 输出端口

Out 输出端口产生 Vector 4 类型的数据，包含四个通道的 shadowmask 信息。每个通道对应一个特定灯光的阴影遮蔽数据：

• R 通道：通常对应场景中的第一个重要灯光的阴影信息
• G 通道：对应第二个重要灯光的阴影信息
• B 通道：对应第三个重要灯光的阴影信息
• A 通道：对应第四个重要灯光的阴影信息

输出的 shadowmask 数据表示对应位置受到各光源阴影影响的程度。数值为 1 表示完全不受阴影影响（完全照亮），数值为 0 表示完全处于阴影中，中间值则表示部分阴影状态。

在实际使用中，开发者需要了解场景中灯光的重要性排序，以正确解释各通道对应的光源。Unity 通常会根据灯光的强度和距离等因素自动确定灯光的重要性顺序。如果需要精确控制，可以在光照设置中进行调整。

注意事项

• 输出的数据结构包含四个灯光的 shadowmask，每个通道分别表示不同灯光的阴影信息（R、G、B、A 通道）。这意味着单个 Shadow Mask 节点最多可以处理四个光源的阴影数据。如果场景中包含超过四个光源，额外的光源可能不会包含在 ShadowMask 中，或者需要使用其他技术处理。
• 适用于光照烘焙后的场景，结合此节点的输出可有效优化阴影计算和渲染性能。Shadow Mask 节点依赖于正确完成的光照烘焙过程。在使用此节点前，需要确保场景已经进行了适当的光照烘焙，并且静态物体正确标记了参与 ShadowMask 生成。
• Shadow Mask 节点只处理静态阴影信息，对于动态物体的阴影，仍然需要实时阴影技术。这意味着在同一个场景中，可能需要结合使用 Shadow Mask 和实时阴影来实现完整的阴影效果。
• Shadow Mask 的质量直接受光照烘焙设置的影响。低质量的烘焙设置可能导致阴影边缘锯齿或精度不足，而高质量的设置则会产生更自然的阴影过渡。
• 在移动设备上使用 Shadow Mask 节点时，需要注意纹理采样次数和内存占用。过多的 ShadowMask 纹理可能会影响性能，因此需要合理规划场景的光照复杂度。

Shadow Mask 节点的实际应用

Shadow Mask 节点在游戏开发中有多种应用场景，理解这些应用场景有助于开发者更好地利用这一技术。

静态场景阴影渲染

在大型开放世界或复杂室内场景中，静态物体的阴影可以通过 Shadow Mask 节点高效渲染。与实时阴影相比，这种方法显著降低了性能开销，同时保持了高质量的阴影效果。通过将静态阴影预计算并存储在纹理中，GPU 只需进行简单的纹理采样操作，而不需要执行复杂的阴影计算。

在实际实现中，开发者可以将 Shadow Mask 节点的输出与主纹理颜色相乘，从而将阴影效果应用到材质上。这种技术特别适合地面、墙壁和其他静态环境元素的阴影渲染。

混合光照场景

在混合光照场景中，既有烘焙的静态光照，也有实时的动态光照，Shadow Mask 节点可以帮助统一这两种光照系统的阴影表现。通过将烘焙阴影与实时阴影结合，可以创建出既高效又视觉丰富的照明环境。

例如，在一个室内场景中，来自窗户的自然光可以通过光照烘焙处理为静态阴影，而角色手中的手电筒则可以产生实时阴影。Shadow Mask 节点负责处理静态阴影部分，而实时阴影则通过其他技术实现，两者结合创造出连贯的视觉体验。

性能优化

对于性能敏感的平台如移动设备或VR应用，Shadow Mask 节点是优化阴影渲染的重要工具。通过将昂贵的实时阴影计算转换为廉价的纹理采样，可以显著提高渲染性能，同时保持可接受的视觉质量。

在优化过程中，开发者需要注意 ShadowMask 纹理的分辨率和压缩设置。过高的分辨率会增加内存占用和带宽使用，而过低的分辨率则可能导致阴影质量下降。需要根据目标平台的性能和视觉要求找到合适的平衡点。

Shadow Mask 节点的配置与最佳实践

要充分发挥 Shadow Mask 节点的潜力，开发者需要了解其配置方法和最佳实践。

光照设置配置

在使用 Shadow Mask 节点前，需要在 Unity 的光照窗口中正确配置 ShadowMask 模式：

• 打开光照窗口（Window > Rendering > Lighting）
• 在光照设置中，找到 Shadowmask 模式选项
• 选择 Shadowmask 模式而非 Distance Shadowmask 或其他模式
• 设置合适的 Shadowmask 分辨率和其他烘焙参数

正确的光照设置是 Shadow Mask 节点正常工作的前提。如果设置不正确，可能会导致 ShadowMask 纹理无法生成或生成质量不佳。

材质和着色器配置

在 Shader Graph 中使用 Shadow Mask 节点时，需要确保材质的相关属性正确设置：

• 确保材质使用了支持光照贴图的着色器
• 检查材质的渲染队列和混合模式是否与 ShadowMask 技术兼容
• 对于透明或半透明材质，可能需要特殊的处理方式来正确混合阴影

性能考量

在使用 Shadow Mask 节点时，需要考虑以下性能因素：

• ShadowMask 纹理的内存占用：高分辨率的 ShadowMask 纹理会占用更多内存，需要根据目标平台的能力进行权衡
• 纹理采样开销：每个使用 Shadow Mask 节点的材质都会增加纹理采样操作，在性能受限的平台上需要控制使用数量
• 烘焙时间：高质量的 ShadowMask 烘焙需要较长的计算时间，在开发过程中需要平衡烘焙质量与迭代速度

调试和问题排查

当 Shadow Mask 节点不按预期工作时，可以采取以下调试步骤：

• 检查光照烘焙是否成功完成，查看控制台是否有相关错误或警告
• 使用帧调试器（Frame Debugger）检查 ShadowMask 纹理是否正确绑定和采样
• 验证网格的第二套 UV 坐标是否正确生成，没有重叠或扭曲
• 检查光照设置中的 Shadowmask 模式是否正确配置

通过系统性的调试，可以快速定位并解决 Shadow Mask 节点相关的问题，确保阴影效果正确呈现。

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摘要

Unity URP中的ReflectionProbe节点是实现环境反射效果的核心工具，通过采样场景反射探针的立方体贴图数据，为动态物体提供真实反射。该节点需要输入对象空间的法线和视图方向向量，支持LOD控制反射模糊度。技术实现上依赖Unity反射探针系统，在片元着色器中计算反射向量并进行立方体贴图采样。主要支持URP管线，与HDRP不兼容。典型应用包括金属材质、水面效果和动态反射，使用时需注意反射探针布置、坐标系匹配和性能优化。节点生成的HLSL代码调用SHADERGRAPH_REFLECTION_PROBE宏处理复杂反射计算，开发者可通过理解底层机制实现自定义扩展。

描述

Reflection Probe 节点是 Unity URP Shader Graph 中用于实现高质量反射效果的核心工具。该节点允许着色器访问场景中最近的反射探针（Reflection Probe）数据，为材质提供基于环境的真实反射信息。在现代实时渲染中，反射探针技术是模拟环境反射的关键手段，它通过预计算或实时捕获场景的立方体贴图，为动态对象提供准确的环境光照和反射细节。

反射探针的工作原理是在场景中的特定位置捕获周围环境的360度视图，并将其存储为立方体贴图。当使用 Reflection Probe 节点时，着色器会根据物体的表面法线和视图方向，从最近的反射探针中采样相应的反射颜色。这种机制使得移动的物体能够在不同环境中自动获得正确的反射效果，而无需为每个物体单独设置反射贴图。

该节点需要两个关键的输入参数才能正常工作：法线向量和视图方向向量。法线向量定义了表面的朝向，用于计算反射方向；视图方向向量则表示摄像机到表面点的方向，两者结合可以确定从哪个角度采样反射探针。此外，节点还提供了 LOD 输入参数，允许在不同的细节级别进行采样，这个功能特别有用于创建模糊反射效果或性能优化。

需要注意的是，Reflection Probe 节点的具体实现行为并非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，而是由各个渲染管线为其定义要执行的 HLSL 代码。这意味着相同的节点在不同的渲染管线中可能会产生不同的结果，开发者在跨管线使用着色器时需要特别注意兼容性问题。

技术实现原理

从技术层面看，Reflection Probe 节点底层依赖于 Unity 的反射探针系统。当在场景中放置反射探针时，Unity 会在该位置捕获环境信息并生成立方体贴图。Shader Graph 中的 Reflection Probe 节点在着色器执行时，会执行以下关键步骤：

• 首先确定物体表面点对应的最近反射探针
• 根据输入的法线和视图方向计算反射向量
• 使用反射向量在立方体贴图中进行采样
• 应用可能的LOD模糊处理
• 输出最终的反射颜色值

这个过程在片元着色器中执行，为每个像素提供精确的反射计算。对于性能考虑，URP 通常会对反射探针采样进行优化，比如使用较低分辨率的立方体贴图或采用近似计算方法。

支持的渲染管线

Reflection Probe 节点目前主要支持以下渲染管线：

• 通用渲染管线（Universal Render Pipeline, URP）

需要注意的是，高清渲染管线（High Definition Render Pipeline, HDRP）并不支持此节点。HDRP 有自己专门的反射系统实现，使用不同的节点和方法来处理反射效果。这种差异源于两个渲染管线的设计目标和架构不同 - URP 更注重性能和跨平台兼容性，而 HDRP 则专注于高端图形效果。

如果开发者计划构建需要在多个渲染管线中使用的着色器，强烈建议在实际项目应用前，分别在目标管线中进行测试和验证。某些节点可能在一个渲染管线中已完整定义并正常工作，而在另一个管线中可能未实现或行为不一致。如果 Reflection Probe 节点在某个渲染管线中未定义，通常会返回 Vector3(0, 0, 0)，即黑色值，这可能导致反射效果完全丢失。

端口

Reflection Probe 节点包含多个输入和输出端口，每个端口都有特定的功能和数据类型要求。正确理解和使用这些端口是实现预期反射效果的关键。

输入端口

View Dir 端口是关键的输入参数之一，它要求提供 Vector 3 类型的视图方向数据。这个方向应该基于对象空间（Object Space）表示，即从当前表面点指向摄像机的方向向量。视图方向在反射计算中至关重要，因为它与表面法线共同决定了反射向量的计算。在实际应用中，这个端口通常连接到 Shader Graph 中的 View Direction 节点，该节点会自动提供正确的视图方向向量。

• 数据类型：Vector 3
• 空间要求：对象空间（Object Space）
• 典型连接：View Direction 节点
• 功能说明：定义了从表面点到摄像机的方向，用于反射计算

Normal 端口是另一个必需的输入参数，同样需要 Vector 3 类型的法线向量，基于对象空间。表面法线定义了面的朝向，是光学计算中的基础要素。在反射计算中，法线用于根据入射光方向（视图方向的逆方向）计算反射方向。这个端口通常连接到 Normal Vector 节点，或者连接到自定义法线贴图处理后的结果。

• 数据类型：Vector 3
• 空间要求：对象空间（Object Space）
• 典型连接：Normal Vector 节点或法线贴图采样结果
• 功能说明：定义表面朝向，参与反射方向计算

LOD 端口是一个可选的浮点数输入，用于控制采样反射探针的细节级别。LOD 技术允许在不同距离或根据不同性能需求使用不同精度的纹理。在 Reflection Probe 节点的上下文中，LOD 参数主要用于创建模糊反射效果 - 较高的 LOD 值会产生更模糊的反射，模拟粗糙表面的反射特性或创建特殊的视觉效果。

• 数据类型：Float
• 取值范围：通常为 0 到最大 LOD 级别
• 特殊应用：通过动画或参数控制实现动态模糊效果
• 性能影响：较高的 LOD 值可能降低采样精度但提升性能

输出端口

Out 端口是节点的唯一输出，提供 Vector 3 类型的反射颜色值。这个输出代表了根据输入参数从反射探针采样得到的 RGB 颜色值，可以直接用于着色器的最终输出或与其他颜色值进行混合。输出的颜色强度和质量取决于多个因素，包括反射探针的设置、场景光照环境以及输入的参数准确性。

• 数据类型：Vector 3（RGB 颜色）
• 取值范围：通常为 HDR 颜色值，可能超过 [0,1] 范围
• 使用方式：可直接输出或与漫反射、其他效果混合
• 色彩空间：根据项目设置可能是线性或伽马空间

端口连接实践

在实际的 Shader Graph 制作中，正确连接这些端口是实现高质量反射效果的关键。典型的连接方式包括：

• 将 View Direction 节点连接到 View Dir 端口
• 将 Normal Vector 节点连接到 Normal 端口
• 使用 Float 参数或数学节点控制 LOD 端口
• 将 Out 端口连接到主着色器的相应输入，如 Emission 或反射颜色混合节点

理解每个端口的空间要求特别重要 - 不匹配的空间坐标系会导致错误的反射计算。例如，如果提供了世界空间的法线方向但节点期望对象空间法线，反射方向将完全错误，导致反射效果不符合预期。

生成的代码示例

Reflection Probe 节点在 Shader Graph 背后生成的代码展示了其实际的工作原理和实现方式。通过理解这些生成的代码，开发者可以更深入地掌握节点的功能，并在需要时进行自定义扩展或优化。

基础函数实现

以下示例代码表示 Reflection Probe 节点的一种典型 HLSL 实现：

void Unity_ReflectionProbe_float(float3 ViewDir, float3 Normal, float LOD, out float3 Out)
{
    Out = SHADERGRAPH_REFLECTION_PROBE(ViewDir, Normal, LOD);
}

这段代码定义了一个名为 Unity_ReflectionProbe_float 的函数，这是 Shader Graph 为 Reflection Probe 节点生成的标准函数。函数接受三个输入参数：ViewDir（视图方向）、Normal（法线方向）和 LOD（细节级别），并通过输出参数 Out 返回反射颜色结果。

函数内部调用了 SHADERGRAPH_REFLECTION_PROBE宏，这是 URP 渲染管线为 Shader Graph 定义的专门用于反射探针采样的内部函数。这个宏封装了所有复杂的反射计算逻辑，包括：

• 反射探针的选择和混合
• 反射向量的计算和变换
• 立方体贴图的采样和过滤
• LOD 级别的应用

代码解析与技术细节

从生成的代码中可以看出几个重要的技术细节：

• 函数使用 float 精度变体（通过 _float 后缀标识），这表明节点支持多种精度模式，包括 half 和 fixed，以适应不同的性能需求和平台限制
• 所有向量参数都基于相同的坐标系，确保数学计算的一致性
• LOD 参数直接传递给底层采样函数，实现细节级别的控制
• 输出是简单的 RGB 颜色值，易于集成到各种着色模型中

在实际的着色器编译过程中，SHADERGRAPH_REFLECTION_PROBE 宏会被展开为具体的 HLSL 代码，这些代码会根据当前的渲染管线和平台进行优化。例如，在移动平台上，可能会使用更简化的数学计算或较低精度的数据类型以提升性能。

自定义扩展可能性

了解生成的代码结构为开发者提供了自定义反射效果的基础。虽然 Shader Graph 提供了便捷的视觉化编程方式，但在某些高级用例中，可能需要在自定义函数节点中直接编写类似的代码。例如，开发者可以：

• 修改反射向量的计算方式以实现特殊效果
• 添加额外的后处理步骤，如色彩校正或对比度调整
• 实现多个反射探针的混合算法
• 添加基于距离或角度的反射强度衰减

通过理解 Reflection Probe 节点的代码生成模式，开发者可以更好地调试着色器问题，优化性能，并在需要时突破 Shader Graph 可视化编程的限制，实现更复杂的反射效果。

应用场景与实例

Reflection Probe 节点在实时渲染中有广泛的应用场景，从基本的金属材质到复杂的视觉特效都可以见到它的身影。理解这些应用场景有助于在实际项目中更好地利用这一强大工具。

金属与反射表面

最常见的应用是为金属材质和反射表面添加环境反射。金属材质的特点是具有高度的镜面反射性，能够清晰地反射周围环境。使用 Reflection Probe 节点可以轻松实现这种效果：

• 将 Reflection Probe 节点的输出直接连接到主着色器的 Emission 输入，创建明亮的金属反射
• 与基础的 PBR 材质结合，将反射输出与漫反射颜色混合，实现更自然的材质外观
• 通过 LOD 参数控制反射的清晰度，模拟不同粗糙度的金属表面

例如，创建一个镀铬金属材质时，可以使用较低的 LOD 值获得清晰的反射，而创建 brushed metal（刷痕金属）时，则可以使用较高的 LOD 值产生模糊的反射效果。

水面与透明材质

水面、玻璃和其他透明/半透明材质也需要精确的反射效果来增强真实感。在这些材质中，反射通常与折射、透明度等效果结合使用：

• 使用 Fresnel 效应控制反射强度，使在掠射角度反射更强
• 将反射颜色与折射效果混合，模拟水面的光学特性
• 通过透明度混合，使反射与背后的物体内容自然融合

Reflection Probe 节点在这些应用中提供了基础的环境反射信息，与其他着色器效果结合可以创建出令人信服的透明材质。

动态反射效果

通过动画或脚本控制 Reflection Probe 节点的参数，可以创建各种动态反射效果：

• 随时间变化的 LOD 值可以创建反射模糊度的动画，模拟焦点变化或视觉特效
• 基于物体速度或其他游戏参数调整反射强度
• 在特定事件触发时改变反射特性，如击中金属表面时增强反射

这些动态效果大大增强了游戏的交互性和视觉冲击力，使反射不再是静态的表面属性，而是能够响应游戏状态变化的动态元素。

性能优化技术

在性能敏感的应用中，Reflection Probe 节点也需要适当的优化策略：

• 使用较高的 LOD 值减少采样成本，特别是在远处物体上
• 根据物体与摄像机的距离动态调整反射质量
• 在移动平台上使用较低分辨率的反射探针
• 对不重要的小物体禁用反射或使用简化的反射计算

理解这些应用场景和技巧可以帮助开发者在保证视觉效果的同时，维持良好的渲染性能。

最佳实践与常见问题

在使用 Reflection Probe 节点时，遵循一些最佳实践可以避免常见问题，并确保反射效果的质量和性能。

反射探针设置建议

Reflection Probe 节点的效果很大程度上依赖于场景中反射探针的正确设置：

• 在关键区域放置足够多的反射探针，确保动态物体总能找到合适的探针
• 根据场景需求选择合适的探针类型：Baked（烘焙）用于静态环境，Realtime（实时）用于动态环境
• 设置适当的探针影响范围，避免探针之间不自然的切换
• 使用探针代理体积（Reflection Probe Proxy Volume）处理大型物体的反射

正确的场景设置是获得高质量反射效果的前提，Shader Graph 中的节点配置只能在此基础上进行微调和优化。

常见问题与解决方案

在使用 Reflection Probe 节点时，开发者可能会遇到一些典型问题：

• 反射缺失或黑色输出：检查场景中是否有激活的反射探针；确认反射探针已正确烘焙；验证法线和视图方向输入是否正确
• 反射方向错误：确认所有输入向量使用相同的坐标系；检查法线贴图是否正确应用；验证视图方向计算
• 性能问题：减少实时反射探针的使用；增加 LOD 值降低采样质量；使用较低分辨率的立方体贴图
• 平台间不一致：在不同目标平台上测试着色器；检查着色器变体是否正确生成；确认所有依赖功能在目标平台上可用

与其他节点的配合

Reflection Probe 节点通常与其他 Shader Graph 节点结合使用，以实现更复杂的效果：

• 与 Fresnel Effect 节点结合，实现基于视角的反射强度变化
• 使用 Math 节点对反射颜色进行后处理，如调整亮度、对比度或饱和度
• 通过 Lerp 节点将反射与其它纹理或颜色混合，创建自定义的材质表现
• 与 Time 节点结合，创建动态的反射动画效果

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

摘要 MainLightShadow节点是Unity URP ShaderGraph中处理主光源阴影的关键工具，支持实时阴影与ShadowMask阴影的动态混合。该节点封装了阴影映射和光照贴图技术，通过LightmapUV和PositionWS输入端口实现高质量阴影效果，输出0-1范围的阴影强度值用于材质调制。文章详细解析了节点功能、端口配置、使用方法及常见问题，并通过基础漫反射、风格化阴影等示例展示其应用场景。节点仅兼容URP管线，需配合正确的场景阴影设置使用，平衡性能与视觉效果。

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Main Light Shadow 节点是 Unity URP Shader Graph 中用于处理主光源阴影信息的重要工具。在实时渲染中，阴影是实现真实感光照效果的关键因素之一，它能够为场景中的物体提供深度感和空间关系。该节点专门设计用于获取和混合主光源的阴影数据，包括实时阴影和 ShadowMask 阴影，同时根据场景设置动态调整阴影的混合距离。这使得开发者能够创建更加复杂和逼真的阴影效果，而无需手动编写复杂的着色器代码。

在 Unity 的通用渲染管线中，阴影处理是一个多层次的过程，涉及实时阴影映射、ShadowMask 技术以及阴影混合。Main Light Shadow 节点将这些功能封装成一个易于使用的节点，简化了着色器开发流程。通过该节点，开发者可以轻松访问主光源的阴影信息，并将其应用于材质表面，实现从完全阴影到完全光照的平滑过渡。这在开放世界游戏或动态光照场景中尤为重要，因为阴影需要根据物体与光源的距离和场景设置进行动态调整。

该节点的设计考虑了性能和质量的平衡。它支持 URP 的混合阴影系统，允许在同一个场景中使用实时阴影和烘焙阴影，并根据距离进行无缝混合。这意味着在近处，物体可以使用高质量的实时阴影，而在远处，则可以切换到性能更优的烘焙阴影，从而在保持视觉质量的同时优化渲染性能。此外，节点还处理了 ShadowMask 阴影，这是一种基于光照贴图的阴影技术，适用于静态物体，能够提供高质量的阴影效果而不增加实时计算开销。

使用 Main Light Shadow 节点时，开发者需要理解其输入和输出端口的含义，以及如何将这些端口与其他节点连接以构建完整的阴影效果。例如，通过将节点的输出连接到材质的 Alpha 通道或颜色输入，可以控制阴影的强度和分布。同时，节点还支持自定义光照贴图 UV 和世界空间位置输入，这使得它能够适应复杂的材质需求，如基于物体位置动态调整阴影。

在本文中，我们将深入探讨 Main Light Shadow 节点的各个方面，包括其详细描述、端口功能、使用方法、示例应用以及常见问题解答。通过阅读本文，您将能够掌握如何高效地使用该节点来增强您的 URP 项目中的阴影效果。

描述

Main Light Shadow 节点是 URP Shader Graph 中的一个功能节点，主要用于获取主光源的阴影信息。阴影在实时渲染中扮演着关键角色，它不仅增强了场景的真实感，还帮助用户理解物体之间的空间关系。该节点通过结合实时阴影和 ShadowMask 阴影数据，提供了一个统一的接口来处理主光源的阴影计算。实时阴影是通过动态阴影映射技术生成的，适用于移动物体或动态光源，而 ShadowMask 阴影则是基于预计算的光照贴图，适用于静态物体，以优化性能。

该节点的一个核心特性是其能够根据场景设置动态调整阴影的混合距离。在 URP 中，阴影混合是一种技术，用于在实时阴影和烘焙阴影之间实现平滑过渡。例如，在近距离内，物体可能使用实时阴影以保持高精度和动态响应，而在远距离，则切换到 ShadowMask 阴影以减少计算开销。Main Light Shadow 节点自动处理这种混合过程，输出一个介于 0 到 1 之间的值，其中 0 表示完全阴影（无光照），1 表示完全光照（无阴影）。这使得开发者可以轻松地将阴影效果集成到材质中，无需关心底层的混合逻辑。

此外，Main Light Shadow 节点还支持光照贴图 UV 输入，这使得它能够正确处理基于光照贴图的阴影信息。光照贴图是一种预先计算的光照数据，存储在纹理中，用于静态物体的阴影和光照。通过提供正确的光照贴图 UV，节点可以采样 ShadowMask 数据，并将其与实时阴影混合。世界空间位置输入则用于计算实时阴影，因为它提供了物体在场景中的准确位置，以便与阴影映射进行比较。

该节点的输出是一个浮点值，表示混合后的阴影强度。这个值可以用于调制材质的颜色、透明度或其他属性，以实现阴影效果。例如，在简单的漫反射材质中，可以将阴影输出与基础颜色相乘，使得阴影区域变暗。在更复杂的材质中，阴影输出可能用于控制高光强度或反射率，以模拟更真实的光照行为。

需要注意的是，Main Light Shadow 节点仅适用于通用渲染管线。在高清渲染管线中，阴影处理方式不同，因此该节点不被支持。在 URP 中，节点的行为还受到项目设置中的阴影配置影响，例如阴影距离、ShadowMask 模式和混合参数。因此，在使用该节点时，开发者应确保场景和项目设置正确，以获得预期的阴影效果。

支持的渲染管线

• 通用渲染管线：Main Light Shadow 节点完全兼容 URP，并利用了 URP 的阴影管线和混合系统。在 URP 中，该节点可以访问实时阴影映射和 ShadowMask 数据，并根据场景设置进行混合。这使得它成为 URP 项目中处理主光源阴影的首选工具。

高清渲染管线不支持此节点：HDRP 使用不同的阴影和光照系统，包括更高级的阴影映射技术和光线追踪阴影。因此，Main Light Shadow 节点在 HDRP 中不可用。HDRP 用户应使用 HDRP 特定的阴影节点或着色器功能来实现类似效果。

端口

Main Light Shadow 节点包含多个输入和输出端口，每个端口都有特定的功能和绑定类型。理解这些端口的含义和用法是正确使用该节点的关键。以下将详细说明每个端口的作用，并提供使用示例。

名称	方向	类型	绑定	描述
Lightmap UV	输入	Vector 2	无	输入光照贴图的 UV 坐标，用于采样 ShadowMask 阴影数据。如果未提供，节点可能使用默认的 UV 或无法正确混合 ShadowMask 阴影。
Position WS	输入	Vector 3	World Space	输入世界空间的顶点位置信息，用于计算实时阴影。该位置应与渲染的物体表面点一致，以确保阴影映射正确采样。
Out	输出	Float	无	输出混合后的主光源阴影信息，范围从 0 到 1。0 表示完全阴影（无光照），1 表示完全光照（无阴影）。该输出可用于调制材质属性，如颜色或透明度。

Lightmap UV 输入端口

Lightmap UV 输入端口用于接收光照贴图的 UV 坐标，这些坐标用于采样 ShadowMask 阴影数据。光照贴图是预计算的光照和阴影信息，存储在纹理中，适用于静态物体。在 URP 中，ShadowMask 阴影是一种基于光照贴图的阴影技术，它允许静态物体使用高质量的烘焙阴影，而不需要实时计算。

• 功能说明：当提供 Lightmap UV 时，Main Light Shadow 节点会使用这些坐标来查找 ShadowMask 纹理中的阴影数据。这对于静态物体至关重要，因为它们依赖于光照贴图来表现阴影。如果未提供 Lightmap UV，节点可能无法正确混合 ShadowMask 阴影，导致阴影效果不完整或错误。
• 使用示例：在 Shader Graph 中，您可以通过 UV 节点或自定义计算来生成 Lightmap UV。通常，静态物体的光照贴图 UV 在导入模型时自动生成，并存储在模型的第二套 UV 通道中。您可以使用 Texture Coordinate 节点并选择 Lightmap 通道来获取这些 UV。
• 注意事项：如果您的场景中未使用 ShadowMask 阴影，或者物体是动态的，则 Lightmap UV 输入可能不是必需的。但在大多数情况下，提供正确的 Lightmap UV 可以确保阴影混合的正确性，尤其是在静态和动态物体共存的场景中。

Position WS 输入端口

Position WS 输入端口用于接收世界空间中的顶点位置信息。该位置用于实时阴影计算，因为实时阴影映射基于世界空间中的深度比较。节点使用这个位置来查询主光源的阴影映射纹理，确定该点是否处于阴影中。

• 功能说明：Position WS 应代表渲染物体表面的具体点位置。在顶点着色器阶段，这通常是顶点的世界位置；在片段着色器阶段，这可能是插值后的世界位置。使用片段级的世界位置可以提高阴影的精度，尤其是在曲面或细节丰富的物体上。
• 使用示例：在 Shader Graph 中，您可以使用 Position 节点并设置为 World Space 来获取 Position WS。然后，将其连接到 Main Light Shadow 节点的 Position WS 输入端口。对于高质量阴影，建议在片段着色器中使用世界位置，但这可能会增加计算开销。
• 注意事项：如果未提供 Position WS，节点可能无法计算实时阴影，导致阴影效果缺失。此外，位置信息应与阴影映射的坐标系一致，以避免阴影偏移或错误。在移动物体上，实时阴影会根据位置动态更新，因此确保位置输入准确至关重要。

Out 输出端口

Out 输出端口是节点的最终输出，提供一个浮点值，表示混合后的主光源阴影强度。这个值范围从 0 到 1，其中 0 表示该点完全处于阴影中（无主光源照射），1 表示该点完全被主光源照亮。

• 功能说明：输出值结合了实时阴影和 ShadowMask 阴影，并根据场景的阴影混合设置进行插值。例如，在阴影混合距离内，输出可能介于 0 和 1 之间，表示部分阴影。开发者可以使用这个值来调制材质的外观，如降低阴影区域的亮度或调整高光效果。
• 使用示例：将 Out 端口连接到材质的 Base Color 输入，并通过乘法节点将其与颜色值结合，可以实现基本的阴影变暗效果。例如，Base Color * Shadow Output 会使阴影区域变暗。您还可以使用该输出控制其他属性，如透明度或发射强度，以创建更复杂的效果。
• 注意事项：输出值是一个标量，因此它仅表示阴影的强度，而不包含颜色或方向信息。对于多光源阴影，Main Light Shadow 节点仅处理主光源（通常是场景中最亮的方向光）。如果需要其他光源的阴影，应使用额外的阴影节点或自定义计算。

端口绑定和类型

端口的绑定和类型决定了它们如何与其他节点交互。Main Light Shadow 节点的输入端口没有强制绑定，但建议根据功能需求提供正确的数据。输出端口是一个简单的浮点值，可以轻松连接到任何接受浮点输入的端口。

• Lightmap UV 端口：类型为 Vector 2，表示二维纹理坐标。它没有特定绑定，但应来自光照贴图 UV 源。
• Position WS 端口：类型为 Vector 3，绑定到世界空间。这意味着输入的位置数据应在世界坐标系中表示。
• Out 端口：类型为 Float，无绑定，可直接用于调制其他属性。

通过正确使用这些端口，开发者可以充分利用 Main Light Shadow 节点的功能，实现高质量的阴影效果。在下一部分中，我们将通过具体示例展示如何在实际项目中使用该节点。

使用方法

使用 Main Light Shadow 节点需要一定的设置步骤，包括配置输入数据、连接输出以及调整场景参数。以下将详细介绍如何在 URP Shader Graph 中正确使用该节点，并提供一个完整的示例。

基本设置

首先，在 Shader Graph 中创建一个新图形或打开现有图形。然后，从节点库中添加 Main Light Shadow 节点。通常，该节点位于 Light 类别下。添加后，您将看到其输入和输出端口。

• 步骤 1：提供 Position WS 输入。使用 Position 节点，将其空间设置为 World Space，然后连接到 Main Light Shadow 节点的 Position WS 端口。这确保了实时阴影的正确计算。
• 步骤 2：提供 Lightmap UV 输入（可选但推荐）。使用 Texture Coordinate 节点，将其通道设置为 Lightmap，然后连接到 Lightmap UV 端口。这对于静态物体的 ShadowMask 阴影至关重要。
• 步骤 3：使用 Out 输出。将 Out 端口连接到您的材质属性，例如 Base Color。您可能需要使用乘法或其他数学节点来调制阴影效果。

示例：创建基础阴影材质

以下是一个简单示例，演示如何使用 Main Light Shadow 节点创建一个具有阴影效果的漫反射材质。

1. 创建新 Shader Graph：在 Unity 编辑器中，右键单击项目窗口，选择 Create > Shader Graph > URP > Lit Shader Graph。命名并打开该图形。
2. 添加 Main Light Shadow 节点：在 Shader Graph 窗口中，右键单击空白区域，搜索 "Main Light Shadow" 并添加节点。
3. 设置输入：添加 Position 节点（设置为 World Space）并连接到 Position WS 输入。添加 Texture Coordinate 节点（设置为 Lightmap）并连接到 Lightmap UV 输入。
4. 连接输出：添加 Multiply 节点。将 Main Light Shadow 节点的 Out 输出连接到 Multiply 节点的 A 输入，将 Base Color 属性连接到 B 输入。然后将 Multiply 节点的输出连接到主节点的 Base Color 输入。
5. 测试效果：在场景中创建一个材质，使用该 Shader Graph，并将其应用于一个物体。确保场景中有主光源（如方向光）并启用了阴影。调整光源位置和阴影设置以观察效果。

在这个示例中，阴影输出会调制基础颜色，使得阴影区域变暗。您可以通过调整光源或物体位置来验证实时阴影，并通过烘焙光照来测试 ShadowMask 阴影。

高级用法

对于更复杂的效果，Main Light Shadow 节点可以与其他节点结合使用。例如：

• 阴影颜色调整：使用 Color 节点和 Lerp 节点，根据阴影输出在阴影颜色和光照颜色之间插值。这可以实现彩色阴影或风格化效果。
• 阴影强度控制：添加一个浮点属性，用于缩放阴影输出。例如，Shadow Output * Shadow Strength，其中 Shadow Strength 是一个可调参数，允许艺术家控制阴影的黑暗程度。
• 多通道阴影：将阴影输出用于其他光照计算，如高光或环境光遮蔽。例如，在高光计算中，减少阴影区域的高光强度以增强真实感。

场景配置

Main Light Shadow 节点的行为受项目设置中的阴影配置影响。在 Unity 编辑器中，转到 Edit > Project Settings > Graphics > URP Global Settings（或直接编辑 URP 资产），检查阴影相关设置：

• 阴影距离：控制实时阴影的渲染距离。超出此距离的物体不会投射实时阴影，可能依赖 ShadowMask。
• ShadowMask 模式：例如，ShadowMask 或 Distance Shadowmask。在 Distance Shadowmask 模式下，URP 会在一定距离内混合实时阴影和 ShadowMask 阴影。
• 混合参数：如阴影混合距离，控制实时阴影和烘焙阴影之间的过渡区域。

确保这些设置与您的项目需求匹配。例如，在开放世界游戏中，您可能设置较大的阴影距离和平滑的混合参数，以实现无缝的阴影过渡。

性能考虑

使用 Main Light Shadow 节点时，应注意性能影响：

• 实时阴影：依赖于阴影映射，可能增加 GPU 负载。尽量减少实时阴影的分辨率和距离，以优化性能。
• ShadowMask 阴影：基于光照贴图，对性能影响较小，但需要预计算和内存存储。确保光照贴图分辨率适中，避免过度占用内存。
• 混合计算：阴影混合在着色器中执行，增加片段着色器的计算量。在低端设备上，考虑简化混合逻辑或使用更高效的阴影技术。

通过遵循这些使用方法，您可以有效地集成 Main Light Shadow 节点到您的 URP 项目中，实现高质量且性能友好的阴影效果。

示例与效果展示

为了更好地理解 Main Light Shadow 节点的应用，本节将通过几个具体示例展示其在不同场景下的效果。每个示例将包括设置步骤、效果描述和可能的变体。

示例 1：基础漫反射阴影

这是最简单的应用场景，演示如何将主光源阴影应用于标准漫反射材质。

• 设置步骤：
  • 在 Shader Graph 中，创建如上文所述的图形，其中 Main Light Shadow 输出与基础颜色相乘。
  • 应用材质到一个立方体或球体，并放置在一个平面上。
  • 添加一个方向光作为主光源，启用实时阴影。
• 效果描述：当物体移动时，实时阴影会动态更新。如果场景包含烘焙光照，ShadowMask 阴影将用于静态物体，并与实时阴影混合。例如，当物体靠近静态物体时，阴影会平滑过渡。
• 变体：尝试调整光源的阴影强度或颜色，观察阴影输出的变化。您还可以通过修改阴影混合距离来改变过渡效果。

示例 2：风格化阴影

在这个示例中，我们使用 Main Light Shadow 节点创建非真实感阴影，例如卡通风格或彩色阴影。

• 设置步骤：
  • 在 Shader Graph 中，添加一个 Color 节点用于阴影颜色（例如，蓝色）。
  • 使用 Lerp 节点，将基础颜色和阴影颜色作为输入，Main Light Shadow 输出作为插值因子。
  • 连接 Lerp 输出到 Base Color。
• 效果描述：阴影区域显示为蓝色，而非简单的变暗。这可以用于艺术化渲染或特定游戏风格。
• 变体：尝试使用纹理采样或其他颜色逻辑来创建更复杂的效果，例如渐变阴影或图案阴影。

示例 3：动态阴影调制

这个示例展示如何根据阴影输出动态调整其他材质属性，如高光或透明度。

• 设置步骤：
  • 在 Shader Graph 中，将 Main Light Shadow 输出连接到 Specular 输入。例如，使用乘法节点减少阴影区域的高光强度。
  • Alternatively，将阴影输出用于 Alpha 控制，实现阴影区域的半透明效果。
• 效果描述：在阴影区域，物体表面变得不那么反光或部分透明，增强真实感或创建特殊效果。
• 变体：结合其他光照节点，如 Main Light 节点，来实现更复杂的光照模型。

示例 4：多光源阴影处理

虽然 Main Light Shadow 节点仅处理主光源阴影，但可以与其他技术结合来处理多光源阴影。

• 设置步骤：
  • 使用 Additional Lights 节点获取其他光源信息，并手动计算阴影（例如，通过屏幕空间阴影或自定义阴影映射）。
  • 将主光源阴影与其他阴影结合，例如取最小值或平均值，以模拟多光源阴影。
• 效果描述：物体在所有光源下都投射阴影，提供更真实的光照交互。
• 变体：在性能允许的情况下，使用 URP 的阴影堆栈或其他资产扩展多阴影支持。

通过这些示例，您可以看到 Main Light Shadow 节点的灵活性和强大功能。在实际项目中，根据需求调整设置和组合其他节点，可以实现各种阴影效果。

常见问题与解决方案

在使用 Main Light Shadow 节点时，可能会遇到一些问题。本节列出常见问题及其解决方案，帮助您快速排除故障。

问题 1：阴影不显示或显示不正确

• 可能原因：
  • Position WS 输入不正确：如果位置数据不准确，实时阴影可能无法计算。
  • Lightmap UV 缺失或错误：如果未提供 Lightmap UV，ShadowMask 阴影可能无法工作。
  • 场景阴影设置错误：例如，阴影距离过小或 ShadowMask 未启用。
• 解决方案：
  • 检查 Position WS 输入是否来自世界空间位置节点，并确保在片段着色器中使用以提高精度。

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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中，Main Light Realtime Shadow节点是一个功能强大且常用的工具，专门用于获取场景中主光源的实时阴影信息。这个节点在实现动态光照效果时起着至关重要的作用，特别是在需要精确控制阴影表现的场景中。通过该节点，开发者可以轻松访问主光源投射的实时阴影数据，从而创建更加真实和交互性强的视觉效果。

实时阴影计算是现代游戏开发中不可或缺的一部分，它能够显著提升场景的视觉质量和沉浸感。与传统的烘焙阴影相比，实时阴影能够动态响应场景中物体和光源的变化，为玩家提供更加真实的视觉反馈。Main Light Realtime Shadow节点的设计初衷就是为了简化这一复杂过程的实现，让开发者无需深入底层图形编程即可获得高质量的实时阴影效果。

该节点的工作原理基于Unity的实时阴影映射技术。当在场景中启用实时阴影时，Unity会为主光源生成阴影贴图，这些贴图记录了从光源视角看到的深度信息。Main Light Realtime Shadow节点则负责采样这些阴影贴图，并根据输入的世界空间位置返回相应的阴影强度值。这一过程完全在GPU上执行，确保了高效的性能表现。

需要注意的是，Main Light Realtime Shadow节点仅支持实时计算的阴影，不包含任何ShadowMask烘焙阴影信息。这意味着它专门用于处理动态光源的阴影效果，而不适用于静态光照场景。这种设计选择使得节点能够专注于提供最高质量的实时阴影数据，同时保持计算的简洁性和高效性。

描述

Main Light Realtime Shadow节点是Shader Graph中专门用于获取主光源实时阴影信息的核心组件。该节点的设计充分考虑了实时渲染的需求，为开发者提供了一种直观且高效的方式来访问和处理实时阴影数据。

功能特性

Main Light Realtime Shadow节点的主要功能是返回指定世界空间位置处的主光源实时阴影强度。这个强度值是一个介于0到1之间的浮点数，其中0表示完全处于阴影中，1表示完全没有阴影，中间值则表示不同程度的半影区域。这种连续的阴影强度表示使得开发者能够实现更加自然和柔和的阴影过渡效果。

节点的实现基于Unity的阴影映射技术。当在URP项目中启用实时阴影时，Unity会为场景中的主光源生成阴影贴图。这些贴图本质上是深度纹理，记录了从光源视角看到的场景几何信息。Main Light Realtime Shadow节点在着色器执行时，会将输入的世界空间位置转换到光源的裁剪空间中，然后采样对应的阴影贴图，通过比较深度值来确定阴影状态。

技术实现细节

在技术层面，Main Light Realtime Shadow节点的实现涉及多个复杂的图形学概念和计算过程。首先，节点需要获取Unity引擎提供的主光源数据，包括光源的位置、方向、阴影参数等信息。然后，它使用这些数据来构建从世界空间到光源投影空间的变换矩阵。

当处理输入的世界空间位置时，节点会执行以下关键步骤：

• 将世界空间位置转换到光源的裁剪空间
• 进行透视除法得到标准化设备坐标
• 将坐标转换到阴影贴图的UV空间
• 采样阴影贴图获取深度比较结果

这些计算过程虽然复杂，但Shader Graph已经将其封装成简单的节点接口，开发者无需关心底层实现细节即可使用这些高级功能。

性能考量

在使用Main Light Realtime Shadow节点时，性能是一个重要的考虑因素。实时阴影计算本身是相对昂贵的操作，特别是在移动设备或低端硬件上。因此，开发者需要合理使用这个节点，避免在不必要的场合过度使用实时阴影。

为了优化性能，建议考虑以下策略：

• 只在确实需要动态阴影的表面使用该节点
• 结合LOD系统，在远距离物体上使用简化的阴影计算
• 合理设置阴影距离和分辨率，平衡质量与性能
• 使用阴影级联技术来改善近处阴影的质量同时控制性能开销

使用场景

Main Light Realtime Shadow节点适用于各种需要动态阴影效果的场景。比如在开放世界游戏中，随着太阳位置的变化，建筑物和角色的阴影需要实时更新；在角色扮演游戏中，主角的阴影需要与动态光源互动；在策略游戏中，单位的阴影需要实时投射到地形和其他单位上。

此外，该节点还可以用于创建一些特殊的视觉效果。例如，可以通过对阴影值进行自定义处理来实现风格化的阴影表现，或者结合其他节点创建复杂的材质效果，如阴影下的潮湿表面、积雪效果等。

支持的渲染管线

Main Light Realtime Shadow节点目前主要支持Universal Render Pipeline（URP），这是Unity推出的新一代轻量级渲染管线，专为跨平台开发而设计。URP提供了高度可定制的渲染解决方案，在保持高质量视觉效果的同时，确保了在各种硬件平台上的良好性能表现。

通用渲染管线（URP）支持

在URP中，Main Light Realtime Shadow节点与管线的光照和阴影系统紧密集成。URP采用现代化的渲染架构，支持前向渲染路径，并提供了高效的实时阴影实现。节点在URP中的工作流程如下：

首先，需要在URP资产中启用实时阴影功能。这可以通过URP资源的Shadow配置部分来完成，开发者可以设置阴影距离、分辨率、级联数量等参数。这些设置会直接影响Main Light Realtime Shadow节点能够获取的阴影质量。

其次，场景中的主光源需要配置为投射阴影。在Directional Light组件的Shadow设置中，可以调整阴影的强度、偏差等参数。Main Light Realtime Shadow节点会自动识别这些设置，并在着色器计算中应用相应的阴影效果。

URP还支持阴影级联技术，这通过将视锥体分割成多个区域并为每个区域使用不同分辨率的阴影贴图，来优化阴影的质量和性能。Main Light Realtime Shadow节点会自动处理级联阴影的采样，确保在近距离获得高质量阴影的同时，远距离的阴影也不会消耗过多资源。

高清渲染管线（HDRP）不支持说明

需要注意的是，Main Light Realtime Shadow节点目前不支持High Definition Render Pipeline（HDRP）。HDRP是Unity为高端平台设计的渲染管线，它采用了不同的阴影管理和实现方式。

在HDRP中，阴影系统更加复杂和强大，支持多种先进的阴影技术，如光线追踪阴影、接触阴影等。HDRP提供了自己的一套阴影采样节点和函数，开发者需要使用这些特定于HDRP的工具来实现类似的实时阴影效果。

这种设计差异主要是因为URP和HDRP面向不同的应用场景和性能要求。URP注重跨平台兼容性和性能效率，而HDRP则专注于高端视觉效果和先进渲染技术。因此，两个管线在阴影实现上采用了不同的架构和方法。

如果项目需要从URP迁移到HDRP，开发者需要重新实现阴影相关的着色器代码，使用HDRP提供的阴影节点和API。Unity官方文档提供了详细的迁移指南，帮助开发者理解两个管线之间的差异并进行相应的调整。

端口

Main Light Realtime Shadow节点的端口设计体现了其功能的专业性和使用的便捷性。节点包含一个输入端口和一个输出端口，每个端口都有明确的用途和规范。理解这些端口的功能和用法对于正确使用该节点至关重要。

输入端口

Position输入端口是Main Light Realtime Shadow节点接收世界空间位置信息的关键接口。这个端口的设计考虑了灵活性和性能的平衡，允许开发者根据具体需求提供不同的位置数据。

数据类型与绑定

Position端口接受Vector 3类型的数据，这对应于三维空间中的坐标值。在Shader Graph中，Vector 3是一种基本数据类型，用于表示三维向量或位置。端口要求输入的数据必须是在世界空间坐标系中，这是Unity场景的全局坐标系系统。

世界空间坐标系的原点位于场景的(0,0,0)位置，坐标轴的方向是固定的：X轴指向右方，Y轴指向上方，Z轴指向场景的前方。所有游戏对象的位置、旋转和缩放都是相对于这个世界坐标系定义的。当向Main Light Realtime Shadow节点提供位置数据时，必须确保这些数据已经转换到这个世界空间中。

位置数据的来源

在实际使用中，Position端口的输入数据可以来自多种来源，每种来源都适用于不同的使用场景：

最常见的做法是直接使用Shader Graph提供的Position节点，将其设置为World空间。这样可以直接获得当前着色片元在世界空间中的位置坐标。这种方法适用于大多数表面着色需求，能够准确反映物体表面各点的阴影状态。

另一种方法是使用经过变换的自定义位置数据。例如，可以通过Object节点获取物体空间的位置，然后使用Transform节点将其转换到世界空间。这种方法在需要特殊效果时很有用，比如基于物体局部坐标的阴影偏移。

在某些高级应用中，开发者可能会使用计算得到的位置数据。比如通过脚本传递的世界空间位置，或者基于某些算法生成的位置坐标。这种用法通常用于实现复杂的动态效果，如投影映射、特殊阴影动画等。

技术注意事项

在使用Position端口时，有几个重要的技术细节需要注意：

首先，提供的位置数据应该准确反映需要计算阴影的空间点。如果位置数据有误，可能会导致阴影计算错误，出现阴影偏移、错位或不自然的效果。

其次，考虑到性能因素，应该尽量避免不必要的坐标变换。如果可以直接获得世界空间位置，就不应该先获取其他空间坐标再进行转换，这样可以减少着色器中的计算量。

另外，需要注意位置数据的精度问题。在大型场景中，世界坐标的数值可能很大，这有时会导致浮点数精度问题。在这种情况下，可以考虑使用相对坐标或其他方法来提高计算精度。

输出端口

Out输出端口是Main Light Realtime Shadow节点功能的核心体现，它提供了计算得到的实时阴影信息。理解这个输出值的含义和用法对于实现高质量的阴影效果至关重要。

输出值的含义

Out端口输出的是一个Float类型的值，范围在0到1之间。这个值代表了指定位置处的主光源实时阴影强度，具体含义如下：

当输出值为0时，表示该位置完全处于主光源的阴影中，不接受任何直接光照。这通常发生在物体被其他不透明物体完全遮挡的情况下。

当输出值为1时，表示该位置完全没有阴影，完全暴露在主光源的直接照射下。这意味着从主光源到该位置之间没有任何遮挡物。

输出值在0和1之间时，表示该位置处于半影区域。半影是阴影的边缘区域，这里的光照强度介于完全阴影和完全光照之间。柔和的半影效果能够创建更加自然和真实的阴影过渡。

阴影强度的应用

Out端口的输出值可以用于多种着色计算，实现各种视觉效果：

最基本的用法是直接将阴影强度与漫反射光照相乘。这样可以创建符合物理规律的阴影效果，阴影区域的表面会显得更暗，符合现实世界的观察经验。

在高级着色模型中，阴影强度可以用于控制镜面反射强度。通常，处于阴影中的表面会减少甚至完全取消镜面高光，这符合微表面光照模型的物理基础。

阴影值还可以用于调制环境光遮蔽或其他间接光照效果。通过将实时阴影与烘焙光照信息结合，可以创建更加丰富和真实的光照环境。

在一些风格化渲染中，开发者可能会对阴影值进行非线性重映射，创建卡通风格的硬阴影或其他艺术化的阴影表现。

技术实现细节

从技术角度来看，Out端口输出的阴影强度值是通过比较阴影贴图中的深度值计算得到的。具体过程包括：

首先，输入的世界空间位置会被转换到光源的裁剪空间中，然后进行透视除法得到标准化设备坐标。这些坐标随后被映射到阴影贴图的纹理UV空间。

接着，系统会采样阴影贴图中对应位置的深度值，并与当前片元在光源视角下的深度值进行比较。如果当前片元的深度大于阴影贴图中记录的深度，说明该片元被遮挡，处于阴影中。

最后，根据比较结果和阴影滤波设置，计算出最终的阴影强度值。URP支持多种阴影滤波方式，如硬件PCF、VSM等，这些都会影响最终的阴影质量和性能。

性能优化建议

在使用Out端口的阴影数据时，性能优化是一个重要的考虑因素：

尽量避免在片段着色器中进行复杂的阴影计算。如果可能，应该在顶点着色器中计算阴影值，然后在片段间进行插值，但这可能会影响阴影的质量。

合理使用阴影级联可以显著提高性能。URP支持最多4个阴影级联，开发者可以根据项目需求调整级联数量和分割方式。

考虑使用阴影距离渐变技术，在阴影边缘逐渐降低阴影质量，可以在不明显影响视觉效果的前提下提高渲染性能。

使用示例与最佳实践

理解Main Light Realtime Shadow节点的理论知识很重要，但通过实际示例和最佳实践来掌握其应用方法更为关键。本节将详细介绍几个典型的使用场景，并提供一些优化建议和常见问题的解决方案。

基础使用示例

创建一个基本的实时阴影效果是理解Main Light Realtime Shadow节点功能的最佳起点。以下是一个简单的实现步骤：

首先，在Shader Graph中创建新的Unlit Graph或Lit Graph。对于大多数情况，建议使用Lit Graph，因为它已经包含了基础的光照模型，可以更好地与URP的光照系统集成。

在Graph窗口中，添加Main Light Realtime Shadow节点。这个节点可以在Node菜单的URP类别中找到，或者通过搜索功能直接定位。

接下来，需要为Main Light Realtime Shadow节点的Position端口提供世界空间位置数据。添加Position节点，将其Space设置为World，然后将其输出连接到Main Light Realtime Shadow的Position输入。

此时，Main Light Realtime Shadow节点的Out端口已经可以输出实时的阴影强度值。为了可视化这个效果，可以添加一个Multiply节点，将阴影强度与基础颜色相乘，然后将结果连接到Base Color端口。

为了更好地理解阴影值的分布，可以暂时将阴影强度直接连接到Base Color端口。这样，完全光照的区域将显示为白色，完全阴影的区域显示为黑色，半影区域显示为灰色渐变。

高级应用场景

掌握了基础用法后，可以探索一些更高级的应用场景，充分发挥Main Light Realtime Shadow节点的潜力。

动态阴影混合

在实际项目中，通常需要将实时阴影与烘焙光照信息结合使用。这种情况下，可以使用Shadowmask或Distance Shadowmask混合模式。

首先，确保在URP资源中正确设置了Mixed Lighting模式。然后，在Shader Graph中，除了Main Light Realtime Shadow节点外，还需要使用Sample SH9节点来获取烘焙的全局光照信息。

通过Lerp节点，可以根据阴影强度在实时阴影颜色和烘焙光照颜色之间进行插值。这种技术可以创建无缝的光照过渡，同时享受烘焙光照的性能优势和实时阴影的动态效果。

自定义阴影处理

Main Light Realtime Shadow节点输出的原始阴影值有时可能需要进一步处理，以满足特定的艺术需求。

例如，可以通过Remap节点重新映射阴影值的范围，创建更高对比度的阴影效果。或者使用Curve节点对阴影过渡进行艺术化控制，实现风格化的阴影表现。

在某些情况下，可能需要对阴影边缘进行特殊处理。可以通过计算阴影值的导数或使用边缘检测算法，在阴影边界添加特殊效果，如边缘光或颜色偏移。

多光源阴影处理

虽然Main Light Realtime Shadow节点只处理主光源的阴影，但在复杂光照场景中，可能需要考虑多个光源的阴影贡献。

对于附加光源的阴影，可以使用Additional Lights Realtime Shadow节点。然后，通过乘法或自定义混合函数，将主光源阴影和附加光源阴影结合起来，创建更加真实的多光源阴影效果。

需要注意的是，处理多个实时阴影源会对性能产生显著影响，特别是在移动平台上。因此，需要仔细权衡视觉效果和性能开销，可能需要对附加光源的阴影使用较低的分辨率或简化算法。

性能优化技巧

实时阴影计算是渲染管线中相对昂贵的操作，合理的优化策略对于维持良好的帧率至关重要。

阴影距离优化

设置合适的阴影距离是提高性能的最有效方法之一。在URP资源的Shadow配置中，减小Max Distance值可以显著减少需要渲染阴影的区域，从而降低GPU负载。

理想情况下，阴影距离应该刚好覆盖玩家能够注意到的区域。过远的阴影不仅浪费性能，而且由于分辨率的限制，远处的阴影质量通常也很差。

级联阴影映射优化

URP支持阴影级联技术，这通过为不同距离的区域使用不同分辨率的阴影贴图来优化阴影质量和性能。

合理设置级联数量和分割比例非常重要。通常，使用2-3个级联可以在质量和性能之间取得良好平衡。级联分割应该使第一个级联覆盖近处的重要区域，后续级联逐步覆盖更远的区域。

还可以考虑使用基于屏幕空间的阴影算法，如CSM（Cascaded Shadow Maps）与屏幕空间阴影结合，进一步优化阴影的质量和性能。

着色器优化

在着色器层面，也有多种优化Main Light Realtime Shadow节点使用的方法：

避免在透明表面上使用实时阴影，或者使用简化的阴影计算。透明物体通常不需要高质量的阴影，使用简单的阴影贴图或甚至省略阴影可能是不错的选择。

考虑使用阴影LOD系统，根据物体与相机的距离使用不同质量的阴影计算。远距离物体可以使用较低分辨率的阴影或简化的阴影算法。

在片段着色器中，尽早进行阴影计算并尽早跳出（early out），如果阴影值为0（完全阴影），可以跳过后续的光照计算，直接返回阴影颜色。

常见问题与解决方案

在使用Main Light Realtime Shadow节点时，可能会遇到一些常见问题。了解这些问题及其解决方案可以帮助开发者更快地排除故障。

阴影痤疮（Shadow Acne）

阴影痤疮表现为阴影表面上出现不自然的条纹或斑点，这是由于深度比较时的精度问题导致的。

解决方案是调整阴影偏差（Shadow Bias）。在URP资源或Directional Light组件的阴影设置中，增加Bias值可以减轻阴影痤疮，但过大的Bias可能导致阴影分离（Peter Panning）现象。

理想的方法是使用自动偏差计算，或者根据表面法线与光源方向的夹角动态调整偏差值。

阴影边缘锯齿

在低分辨率阴影贴图下，阴影边缘可能出现明显的锯齿现象。

解决方法是启用阴影滤波。URP支持多种滤波算法，如PCF（Percentage Closer Filtering）、VSM（Variance Shadow Maps）等。这些算法可以通过模糊阴影边缘来减少锯齿，但会增加一定的性能开销。

另一种方法是使用基于屏幕空间的阴影抗锯齿技术，如FXAA或TAA应用于阴影通道。

阴影性能问题

如果实时阴影导致性能下降，首先需要诊断瓶颈所在。

使用Unity的Frame Debugger或Render Doc等工具分析渲染过程，确定是阴影贴图生成还是阴影采样导致的性能问题。

如果是阴影贴图生成开销大，可以考虑减少阴影距离、降低阴影贴图分辨率或减少阴影级联数量。

如果是阴影采样开销大，可以考虑在着色器中使用更简化的阴影采样方法，或者减少使用实时阴影的物体数量。

平台特定考量

不同的硬件平台对实时阴影的支持和能力有所不同，针对目标平台进行优化是必要的。

移动平台优化

在移动设备上，实时阴影需要特别谨慎地使用。建议采取以下措施：

使用较低分辨率的阴影贴图，如512x512或甚至256x256。

限制阴影距离，只对近距离物体使用高质量阴影。

考虑使用简化

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

在Unity URP（Universal Render Pipeline）着色器图形（Shader Graph）中，Main Light Direction节点是一个功能强大且常用的工具节点，它为着色器开发者提供了访问场景中主要光源方向的能力。这个节点在创建各种光照效果、阴影计算和视觉渲染方面发挥着至关重要的作用。通过准确获取主光源的方向信息，开发者能够实现更加真实和动态的光照交互效果，提升项目的视觉质量和用户体验。

Main Light Direction节点的核心价值在于它能够智能地识别场景中的主要光源，无论是用于阴影投射的主方向光，还是作为备用的第一个非阴影投射方向光。这种智能回退机制确保了在各种光照配置下都能获得可用的光源方向数据，使得着色器开发更加灵活和可靠。在URP渲染管线中，正确理解和应用Main Light Direction节点对于创建高质量、性能优化的实时渲染效果至关重要。

随着现代游戏和实时应用对视觉效果要求的不断提高，对光照系统的精细控制变得愈发重要。Main Light Direction节点作为URP着色器图形中光照系统的关键组成部分，为开发者提供了直接访问引擎底层光照数据的接口。通过掌握这个节点的使用方法和应用场景，开发者能够创建出更加生动、响应迅速的光照效果，从而提升整体项目的视觉表现力。

描述

Main Light Direction节点是URP着色器图形中专门用于获取场景中主方向光方向信息的核心节点。在实时渲染中，光源方向是计算光照、阴影和各种光学效果的基础参数，而Main Light Direction节点正是提供这一关键数据的桥梁。该节点设计精巧，能够适应不同的光照场景配置，确保在各种情况下都能返回有意义的光源方向值。

主方向光的定义与识别机制

在URP渲染管线中，主方向光通常指的是场景中最主要的方向光源，这个光源负责提供场景的基础照明和投射主要阴影。Main Light Direction节点通过一套智能的识别机制来确定哪个光源应该被视为"主方向光"：

• 首先，节点会搜索场景中所有设置了投射阴影（Cast Shadows）属性的方向光
• 如果存在多个投射阴影的方向光，节点会选择其中强度最高或者被认为是最主要的那一个
• 如果场景中没有任何方向光设置了投射阴影属性，节点会回退到选择第一个不投射阴影的方向光
• 这种回退机制确保了即使在没有阴影投射光源的情况下，节点仍然能够提供可用的方向数据

光源方向的计算与标准化

Main Light Direction节点输出的方向向量是经过归一化处理的，这意味着向量的长度始终为1。归一化处理在光照计算中非常重要，因为它确保了方向向量只表示方向信息而不包含强度或距离因素。这种标准化输出使得该节点可以直接用于点积计算、反射计算和其他需要纯方向数据的着色器操作。

光源方向的计算基于世界空间坐标系，这意味着无论相机如何移动或旋转，返回的方向向量都始终保持在世界空间中的一致性。这种世界空间的表示方式使得光照计算更加直观和一致，开发者不需要担心相机变换对光照方向的影响。

节点在渲染管线中的角色

在URP渲染管线的光照处理流程中，Main Light Direction节点扮演着信息传递的角色。它从URP的光照系统中获取当前帧的主光源方向数据，并将其提供给着色器图形使用。这个过程发生在每一帧的渲染过程中，因此即使光源在运行时发生移动或变化，节点也能实时更新方向信息。

该节点的设计考虑了性能优化因素，它通过URP的内部接口直接访问已经计算好的光源数据，避免了在着色器中重复计算光源方向的性能开销。这种高效的数据访问方式使得即使在性能受限的平台上，使用Main Light Direction节点也不会对渲染性能造成显著影响。

与其他光照节点的协同工作

Main Light Direction节点通常不单独使用，而是与其他光照相关的节点配合工作，共同构建完整的光照解决方案：

• 与Main Light Color节点配合，可以同时获取光源的方向和颜色信息
• 与光照计算节点（如Dot Product、Reflection等）结合，实现复杂的光照效果
• 在自定义光照模型中作为关键输入参数，替代标准的URP光照计算

这种协同工作的能力使得Main Light Direction节点成为构建高级自定义着色效果的基础构建块。通过将其与其他节点组合，开发者可以创建出从简单的朗伯反射到复杂的各向异性高光等各种光照效果。

端口

Main Light Direction节点的端口设计简洁而高效，只包含一个输出端口，这反映了其功能的专一性——专注于提供主光源的方向信息。这种简洁的设计使得节点易于理解和使用，同时也保证了其在着色器图中的高效执行。

Direction输出端口

Direction端口是Main Light Direction节点唯一的输出接口，它负责提供世界空间中主方向光的归一化方向向量。理解这个端口的特性和正确使用其输出数据对于实现准确的光照效果至关重要。

端口数据类型与特性

Direction端口输出的是Vector 3类型的数据，包含三个浮点数值，分别表示在世界空间坐标系中X、Y、Z轴方向上的分量：

• X分量：表示光源方向在世界空间X轴上的投影
• Y分量：表示光源方向在世界空间Y轴上的投影
• Z分量：表示光源方向在世界空间Z轴上的投影

向量的归一化特性意味着无论实际光源的强度或距离如何，这个方向向量的长度（模）始终为1。数学上表示为：√(X² + Y² + Z²) = 1。这种特性简化了后续的光照计算，因为开发者不需要手动对向量进行归一化处理。

方向向量的几何意义

从几何角度理解，Direction端口输出的向量表示从场景中的表面点指向光源的方向。这一点在光照计算中非常重要，因为标准的光照模型（如Phong或Blinn-Phon模型）通常要求光向量指向光源而非从光源发出。

在实际使用时需要注意，某些光照计算（特别是基于物理的渲染PBR）可能需要不同定义的光向量。在这种情况下，可能需要对Direction端口的输出取反，以获得从光源发出的方向向量。

世界空间坐标系的重要性

Direction端口输出的是世界空间中的方向向量，这一特性具有重要优势：

• 一致性：世界空间坐标与场景的全局坐标系一致，不受相机或物体变换的影响
• 预测性：向量的值在场景布局不变的情况下是稳定的，便于调试和效果预测
• 通用性：世界空间是大多数光照计算和物理模拟的自然选择

当需要在其他坐标系（如视图空间或切线空间）中进行计算时，开发者可以使用相应的变换节点将世界空间的方向向量转换到目标空间。

端口数据的实时性

Direction端口输出的数据是实时更新的，这意味着当场景中的主光源发生移动、旋转或被替换时，端口的输出值会立即反映这些变化。这种实时性使得基于Main Light Direction节点的着色器效果能够动态响应光照环境的变化，创造出更加生动和沉浸式的视觉体验。

在动画或游戏场景中，这种实时更新特性特别有价值。例如，当实现日夜循环系统时，Main Light Direction节点可以自动提供不断变化的太阳方向，而不需要额外的脚本或手动调整。

与其他节点的连接方式

Direction输出端口可以连接到任何接受Vector 3类型数据的输入端口，这种灵活性使得Main Light Direction节点能够与着色器图中的多种节点配合使用：

• 直接连接到光照计算节点的向量输入
• 作为参数传递给自定义函数节点
• 与其他向量运算节点结合，构建复杂的光照模型

在实际连接时，通常需要使用适当的向量运算节点（如Negate、Transform或Normalize）来调整方向向量，使其符合特定光照计算的要求。

使用场景与示例

Main Light Direction节点在URP着色器开发中有着广泛的应用场景，从基础的光照计算到高级的渲染效果都能见到它的身影。理解这些应用场景并通过实际示例学习其使用方法，对于掌握该节点的全面应用至关重要。

基础光照计算

在实现自定义光照模型时，Main Light Direction节点是最基础的构建块之一。通过将其与简单的数学运算节点结合，可以创建各种基本的光照效果。

朗伯反射（漫反射）计算

朗伯反射是模拟粗糙表面光照的最基本模型，它计算光线方向与表面法线之间的夹角：

• 将Main Light Direction的Direction输出与表面法线向量进行点积计算
• 使用Dot Product节点计算两个向量的点积结果
• 使用Saturate节点将结果限制在0-1范围内，避免负值
• 将结果与主光源颜色相乘，得到最终的漫反射光照

这种简单的漫反射计算能够为物体提供基础的立体感和形状定义，是大多数着色器的起点。

镜面高光计算

基于主光源方向的镜面高光计算可以增加表面的光泽感和材质感：

• 使用Main Light Direction和相机方向计算半角向量（Half Vector）
• 将半角向量与表面法线进行点积计算
• 使用Power节点对结果进行指数运算，控制高光的锐利度
• 结合光源颜色和强度参数，输出镜面高光分量

通过调整高光的强度和范围，可以模拟从塑料到金属等各种不同材质的表面特性。

高级渲染效果

除了基础光照，Main Light Direction节点在实现各种高级渲染效果中也发挥着关键作用。

动态阴影效果

虽然URP提供了内置的阴影映射系统，但有时需要实现自定义的阴影效果：

• 使用Main Light Direction确定阴影投射的方向
• 基于光源方向计算虚拟的阴影投影矩阵
• 实现屏幕空间或物体空间的阴影映射
• 创建软阴影或特殊风格的阴影效果

这种自定义阴影系统可以用于实现风格化渲染或特殊视觉效果。

环境光遮蔽与全局光照

在实现简化的环境光遮蔽或全局光照效果时，主光源方向可以作为重要的参考：

• 基于主光源方向调整环境光遮蔽的强度和分布
• 实现方向性的环境光遮蔽，增强场景的立体感
• 结合主光源方向模拟简单的全局光照效果
• 创建基于光源方向的环境光反射和折射

这些效果可以显著提升场景的真实感和视觉质量。

风格化与非真实感渲染

在风格化渲染中，Main Light Direction节点可以用于创建各种艺术化的光照效果：

卡通着色（Cel Shading）

实现卡通渲染中的硬边缘光照效果：

• 使用Main Light Direction计算基础的光照强度
• 通过Step或SmoothStep节点将连续的光照强度量化为离散的色阶
• 基于光源方向添加轮廓线或边缘高光
• 创建方向性的色调分离效果

这种技术常用于动漫风格或低多边形风格的游戏中。

水墨与绘画风格

模拟传统艺术媒介的渲染效果：

• 基于主光源方向控制笔触的方向和密度
• 实现方向性的纹理化或噪波效果
• 创建光源方向影响的色彩扩散或混合
• 模拟光线在特定方向上的散射效果

这些效果可以创造出独特的视觉风格和艺术表达。

性能优化实践

在使用Main Light Direction节点时，合理的性能优化策略非常重要：

计算复杂度管理

• 避免在片段着色器中进行复杂的光照计算，尽可能在顶点着色器阶段处理
• 使用适当的精度修饰符（如half或fixed）减少计算开销
• 将复杂的光照计算预处理为查找表或简化公式

分支优化策略

• 尽量减少基于光源方向的条件分支
• 使用数学技巧替代条件判断，如使用max、saturate等函数
• 将光源方向相关的计算分组，提高缓存效率

通过这些优化实践，可以在保持视觉效果的同时确保渲染性能。

常见问题与解决方案

在使用Main Light Direction节点的过程中，开发者可能会遇到各种问题和技术挑战。了解这些常见问题及其解决方案有助于提高开发效率和代码质量。

光源方向不正确

有时可能会发现Main Light Direction节点返回的方向与预期不符，这通常由以下原因引起：

坐标系理解错误

• 问题描述：开发者可能误解了方向向量的几何意义，错误地认为向量是从光源发出而非指向光源
• 解决方案：在使用方向向量前，明确其几何定义。如需从光源发出的方向，对向量取反即可
• 验证方法：在简单场景中测试，确认光照效果与场景中实际的光源方向一致

空间变换问题

• 问题描述：在世界空间中进行计算时，忽略了物体的变换关系，导致光照方向不正确
• 解决方案：确保所有参与计算的向量都在同一坐标系中，必要时使用Transform节点进行空间转换
• 调试技巧：使用可视化节点将方向向量显示为颜色，直观检查向量的正确性

性能相关问题

在复杂场景或低性能平台上，基于Main Light Direction节点的着色器可能会遇到性能瓶颈。

计算开销过大

• 问题描述：在片段着色器中进行基于光源方向的复杂计算，导致填充率受限
• 解决方案：将计算上移到顶点着色器，或使用简化计算模型
• 优化策略：使用插值方式在顶点和片段间传递光照计算结果，减少每像素计算量

频繁的向量运算

• 问题描述：不必要的向量归一化、变换或其他运算重复执行
• 解决方案：缓存常用计算结果，避免重复运算
• 最佳实践：在着色器图的子图中封装常用的光照计算，确保计算的一致性

平台兼容性问题

不同平台对着色器的支持和优化程度不同，可能会导致Main Light Direction节点在不同设备上表现不一致。

移动平台限制

• 问题描述：在移动设备上，复杂的光照计算可能导致性能下降或精度问题
• 解决方案：使用简化光照模型，减少基于光源方向的复杂运算
• 适配策略：为移动平台创建专门简化版本的着色器，保持核心视觉效果的同时优化性能

图形API差异

• 问题描述：不同图形API对向量运算的精度和处理方式可能存在细微差异
• 解决方案：使用URP提供的跨平台兼容函数和数据类型
• 测试建议：在目标平台上进行全面测试，确保光照效果的一致性

调试与验证技巧

有效的调试方法对于解决Main Light Direction节点相关的问题至关重要。

方向向量可视化

• 将Direction输出直接连接到基础色，通过颜色直观判断方向向量的值和变化
• 使用不同的颜色映射方案表示向量的不同分量或方向
• 创建调试视图，同时显示光源方向和其他相关参数

数值验证方法

• 在简单测试场景中验证方向向量的准确性
• 使用脚本输出光源方向的实际值，与着色器中的计算结果对比
• 创建单元测试场景，自动化验证光照计算的正确性

最佳实践与高级技巧

掌握Main Light Direction节点的高级使用技巧和最佳实践，可以帮助开发者创建出更加高效、美观的视觉效果。

高效的光照模型设计

设计基于Main Light Direction节点的光照模型时，应考虑计算效率和视觉质量的平衡。

多光源支持策略

虽然Main Light Direction节点只提供主光源方向，但可以通过特定技术模拟多光源效果：

• 使用光照贴图或光照探针提供额外的静态光照信息
• 实现简化的多光源累积模型，将次要光源作为环境光处理
• 结合屏幕空间光照信息，增强场景的光照丰富度

实时全局光照技巧

利用主光源方向实现近似的实时全局光照效果：

• 基于光源方向预计算环境光的分布
• 使用球谐函数或其它基函数表示方向性的环境光照
• 实现简化的光线追踪或光线步进效果，增强场景的真实感

艺术导向的视觉效果

将技术实现与艺术表达相结合，创建具有独特视觉风格的效果。

风格化光照控制

通过参数化控制实现灵活的艺术化光照：

• 创建可调节的光照方向偏移，用于艺术夸张或风格化表达
• 实现非真实的光照衰减模型，增强视觉冲击力
• 基于光源方向控制特效的生成和表现

动态效果集成

将Main Light Direction节点与各种动态效果系统集成：

• 与天气系统结合，实现基于光源方向的风、雨、雪等效果
• 集成到材质系统中，实现光源方向敏感的动态材质变化
• 与后期处理效果配合，创建方向性的色彩分级或光晕效果

性能与质量平衡

在保持高质量视觉效果的同时，确保渲染性能的优化。

多层次细节策略

实现基于距离或重要性的多层次光照计算：

• 在远距离使用简化的光照模型，减少计算开销
• 根据表面特性动态调整光照计算的复杂度
• 使用计算着色器或GPU实例化优化批量对象的光照计算

自适应质量调整

根据运行时的性能指标动态调整光照质量：

• 监控帧率并相应调整光照计算的采样率或精度
• 在性能受限时使用预计算的光照数据替代实时计算
• 实现可伸缩的光照系统，适应不同的硬件能力

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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 URP渲染管线中，光照计算是创建逼真视觉效果的核心环节。Main Light Color节点作为Shader Graph中的重要组件，专门用于获取场景中主定向光源的颜色属性信息。这个节点为着色器艺术家和图形程序员提供了直接访问场景主要光源颜色数据的能力，使得材质能够对场景中最主要的光源做出精确响应。

Main Light Color节点在URP着色器开发中扮演着关键角色，它不仅仅返回简单的RGB颜色值，而是包含了完整的光照强度信息。这意味着开发者可以获取到经过Unity光照系统处理后的最终颜色结果，包括所有相关光照计算和后期处理效果的影响。这种直接访问方式大大简化了自定义光照模型的实现过程，使得即使是没有深厚图形编程背景的艺术家也能创建出专业级的光照响应材质。

在实时渲染中，主光源通常指场景中的主要定向光源，如太阳或月亮。Main Light Color节点正是针对这种关键光源设计的，它能够动态响应光照条件的变化，包括日夜循环、天气系统或游戏剧情驱动的光照变化。这种动态响应能力使得材质能够与游戏环境保持视觉一致性，创造出更加沉浸式的体验。

描述

Main Light Color节点是Shader Graph中专门用于获取场景主光源颜色信息的内置节点。该节点输出的颜色信息不仅包含基本的RGB色彩值，还整合了光源的亮度强度，形成了一个完整的颜色-强度组合数据。这种设计使得开发者可以直接使用该输出值参与光照计算，无需额外的强度调整或颜色处理。

从技术实现角度来看，Main Light Color节点在背后调用了URP渲染管线的内部函数，特别是GetMainLight()方法。这个方法会分析当前场景的光照设置，确定哪一个是主光源，并提取其所有相关属性。对于颜色信息，节点会综合考虑光源的基础颜色、强度值，以及任何可能影响最终输出的后期处理效果或光照修改组件。

在实际应用中，Main Light Color节点的输出值代表了主光源在当前渲染帧中对表面点可能产生的最大影响。这个值会根据光源的类型、设置和场景中的相对位置自动计算。对于定向光源，颜色和强度通常是恒定的（除非有动态修改），而对于其他类型的光源，可能会根据距离和角度有所不同。

该节点的一个关键特性是其输出的颜色值已经包含了亮度信息。这意味着一个强度为2的白色光源不会返回(1,1,1)的纯白色，而是会根据强度进行相应的亮度提升。这种设计决策使得节点输出可以直接用于光照计算，无需开发者手动将颜色与强度相乘，简化了着色器的构建过程。

Main Light Color节点在以下场景中特别有用：

• 创建对动态光照条件响应的材质
• 实现自定义的光照模型
• 开发风格化的渲染效果
• 构建与场景光照紧密交互的特效系统
• 制作适应日夜循环的环境材质

技术实现细节

从底层实现来看，Main Light Color节点对应于HLSL代码中的_MainLightColor变量。在URP渲染管线中，这个变量在每帧开始时由渲染系统更新，确保着色器始终能够访问到最新的主光源信息。当场景中没有明确设置主光源时，系统会使用默认的光照设置，或者在某些情况下返回黑色（即无光照）。

节点的输出类型为Vector 3，分别对应颜色的R、G、B通道。每个通道的值范围通常是[0,∞)，因为URP使用高动态范围光照计算。这意味着颜色值可以超过1，表示特别明亮的光源。在实际使用时，开发者可能需要根据具体需求对这些值进行适当的缩放或限制。

值得注意的是，Main Light Color节点获取的颜色已经考虑了光源的过滤器颜色（如果有的话）。例如，如果一个白色光源前面放置了红色的滤色片，那么节点返回的将是红色调的颜色值。这种完整性使得节点在各种复杂的照明场景中都能提供准确的结果。

性能考虑

Main Light Color节点是一个极其高效的操作，因为它只是读取一个已经计算好的全局着色器变量。与复杂的光照计算或纹理采样相比，它的性能开销可以忽略不计。这使得它非常适合用于移动平台或需要高性能的实时应用中。

在Shader Graph中使用该节点时，它不会增加额外的绘制调用或显著影响着色器的复杂度。然而，开发者应该注意，如果在一个着色器中多次使用该节点，最好将其输出存储在一个中间变量中，然后重复使用这个变量，而不是多次调用节点本身。这种优化实践有助于保持着色器的整洁和效率。

端口

Main Light Color节点的端口设计体现了其功能的专一性和高效性。作为一个输入输出结构简单的节点，它只包含一个输出端口，这种简约的设计反映了其单一职责原则——专注于提供主光源的颜色信息。

输出端口详解

Out - 输出方向 - Vector 3类型

Out端口是Main Light Color节点唯一的输出接口，负责传递主光源的完整颜色信息。这个Vector 3输出包含了以下关键信息：

• R通道：红色分量，表示光源在红色频谱上的强度
• G通道：绿色分量，表示光源在绿色频谱上的强度
• B通道：蓝色分量，表示光源在蓝色频谱上的强度

重要的是，这些颜色分量已经包含了光源的亮度信息。这意味着一个强度为1的白色光源会返回近似(1,1,1)的值，而强度为2的白色光源会返回近似(2,2,2)的值。这种设计使得输出值可以直接用于光照计算，无需额外的强度乘法操作。

数据范围与特性

Main Light Color节点的输出值范围在理论上是无上限的，因为URP支持高动态范围渲染。在实际应用中，值的大小取决于光源的强度设置和颜色选择。以下是一些典型情况下的输出示例：

• 默认白色定向光（强度1）：约(1.0, 1.0, 1.0)
• 明亮的白色太阳光（强度2）：约(2.0, 2.0, 2.0)
• 红色光源（强度1）：约(1.0, 0.0, 0.0)
• 蓝色光源（强度0.5）：约(0.0, 0.0, 0.5)
• 无主光源情况：约(0.0, 0.0, 0.0)

与其他节点的连接方式

Out端口的Vector 3输出可以与多种其他Shader Graph节点连接，实现复杂的光照效果：

与颜色操作节点连接

• 与Multiply节点连接：调整光照颜色的强度或应用色调映射
• 与Add节点连接：创建光照叠加效果
• 与Lerp节点连接：在不同光照颜色间平滑过渡
• 与Split节点连接：分离RGB通道进行独立处理

与光照计算节点结合

• 与Dot Product节点结合：计算兰伯特光照
• 与Normalize节点结合：准备光照方向计算
• 与Power节点结合：实现更复杂的光照衰减

与纹理采样结合

• 与Sample Texture 2D节点输出相乘：实现纹理受光照影响的效果
• 与Texture Coordinates节点结合：创建基于光照的UV动画

实际应用示例

以下是一个基本的光照计算示例，展示如何使用Main Light Color节点的Out端口：

Main Light Color [Out] → Multiply [A]
Normal Vector → Dot Product [A]
Light Direction → Dot Product [B]
Dot Product [Out] → Multiply [B]

Multiply [Out] → Base Color [Base Map]

在这个示例中，Main Light Color的输出与兰伯特系数（通过法线与光方向的点积计算）相乘，最终结果用作基础颜色的调制因子。这种连接方式创建了基本的漫反射光照效果。

高级用法

对于更复杂的材质效果，开发者可以将Main Light Color的输出与其他高级节点结合：

镜面反射计算

Main Light Color → Multiply → Specular Output

自发光效果

Main Light Color → Add → Emission Input

阴影处理

Main Light Color → Multiply (with Shadow Attenuation) → Final Color

性能优化建议

虽然Main Light Color节点本身性能开销很小，但在复杂着色器中的使用方式会影响整体性能：

• 尽量避免在着色器的多个位置重复调用Main Light Color节点，而是将其输出存储到变量中重复使用
• 当只需要单通道信息时，考虑使用Split节点分离出所需通道，而不是处理完整的Vector 3
• 在不需要HDR效果的场景中，可以使用Clamp节点将输出值限制在[0,1]范围内，这可能在某些硬件上提供轻微的性能提升

平台兼容性

Main Light Color节点的Out端口在所有支持URP的平台上都有相同的行为，包括：

• Windows、MacOS、Linux
• iOS和Android移动设备
• 主流游戏主机平台
• WebGL和XR设备

这种跨平台的一致性确保了使用Main Light Color节点的着色器可以在不同的目标平台上提供可预测的视觉效果，大大简化了多平台开发的复杂度。

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

CustomSpecular 节点是 Unity URP Shader Graph 中用于实现自定义高光光照效果的核心节点。在计算机图形学中，高光反射是模拟光线在物体表面反射时产生的明亮区域，它对于表现材质的质感和真实感至关重要。与 Unity 内置的标准高光计算不同，CustomSpecular 节点提供了更高程度的自定义能力，允许开发者根据特定的材质属性和光照需求来精确控制高光的表现形式。

在物理渲染流程中，高光计算基于光线与材质表面的交互原理。当光线照射到物体表面时，一部分光线会被反射，形成镜面反射。CustomSpecular 节点通过输入材质的光学特性、表面粗糙度信息以及几何数据，能够模拟这种物理现象，生成符合真实世界光学规律的高光效果。

该节点的设计理念是提供灵活而强大的高光计算工具，使开发者能够突破标准光照模型的限制，实现各种特殊的高光效果。无论是模拟金属表面的强烈反射，还是表现非金属材质的微妙光泽，CustomSpecular 节点都能提供必要的计算支持。

在实际应用中，CustomSpecular 节点特别适合用于实现以下场景：需要精确控制高光颜色和强度的特殊材质、基于物理属性的金属材质渲染、自定义的光照模型开发，以及对性能有特殊要求的移动端高光优化。通过合理配置节点的输入参数，开发者可以创建出从逼真的物理材质到风格化的卡通渲染等各种类型的高光效果。

节点描述

CustomSpecular 节点的核心功能是基于经典的 Blinn-Phong 光照模型或更先进的物理渲染模型来计算高光反射。它通过接收多个输入参数来精确控制高光的各个方面，包括强度、颜色、大小和分布。这种计算方式使得材质在不同光照条件下都能保持视觉一致性，同时提供足够的灵活性来满足各种艺术需求。

从技术实现角度来看，CustomSpecular 节点执行的高光计算通常涉及以下几个关键步骤：首先，它根据输入的表面法线、光线方向和视线方向计算中间向量；然后，基于光泽度参数确定高光的光锥大小和强度分布；最后，结合材质的光学特性生成最终的高光颜色值。这个过程确保了高光效果既符合物理规律，又能满足艺术表现的需求。

在 URP 渲染管线中，CustomSpecular 节点的设计充分考虑了移动平台和性能受限环境的优化需求。它使用高效的计算方法，在保证视觉效果的同时尽可能减少着色器的计算开销。这使得它成为开发高质量、高性能渲染效果的理想选择。

物理基础

CustomSpecular 节点的计算基于光学物理原理，特别是菲涅尔效应和微表面理论。菲涅尔效应描述了光线在不同角度照射表面时的反射率变化，而微表面理论则解释了表面微观几何对光线散射的影响。这些物理原理的整合使得 CustomSpecular 节点能够生成更加真实的高光效果。

在能量守恒方面，CustomSpecular 节点的设计确保了反射光线的能量不会超过入射光线的能量，这是实现物理正确渲染的重要原则。通过合理设置输入参数，开发者可以创建出在各种光照环境下都能保持视觉一致性的材质。

艺术控制

除了物理准确性，CustomSpecular 节点还提供了丰富的艺术控制参数。通过调整光泽度、高光颜色和强度等参数，艺术家可以创造出从超现实到高度风格化的各种视觉效果。这种灵活性与物理基础的结合，使得 CustomSpecular 节点成为实现高质量渲染的强大工具。

端口详解

CustomSpecular 节点的端口系统设计精巧，每个端口都有特定的功能和数据要求。深入了解每个端口的作用和相互关系，对于充分发挥节点的潜力至关重要。

输入端口

Specular 输入端口是定义材质基本光学特性的核心输入。它接受两种类型的数据：用于非金属材质的浮点值和用于金属材质的 Vector3 值。这种设计反映了真实世界中不同材料的光学特性差异。

对于非金属材质（也称为电介质），Specular 输入通常使用范围为 0.0 到 1.0 的浮点值。这个值代表了材质的基础反射率，即垂直于表面观察时的反射强度。常见的非金属材质反射率值包括：

• 水：约 0.02
• 塑料：约 0.05
• 玻璃：约 0.08
• 钻石：约 0.17

对于金属材质，Specular 输入需要 Vector3 值，分别对应 RGB 三个颜色通道的反射率。这是因为金属的反射通常带有颜色，而非简单的灰度值。金属的反射率值通常较高，一般在 0.5 到 1.0 之间，并且不同颜色的反射率可能有所不同。

Smoothness 输入端口控制材质表面的光滑程度，直接影响高光区域的大小和锐利度。这个参数接受 0.0 到 1.0 范围内的浮点值，其中 0.0 表示完全粗糙的表面（产生大面积模糊的高光），1.0 表示完全光滑的表面（产生小而锐利的高光）。

从物理角度来看，Smoothness 参数实际上代表了表面微观粗糙度的倒数。较高的光滑度意味着表面微观几何更加均匀，导致光线反射更加集中；而较低的光滑度则表示表面有更多的微观不规则，导致光线向各个方向散射。

Normal WS 输入端口要求提供世界空间中的表面法线信息。法线定义了表面的朝向，是高光计算中的关键几何数据。正确提供法线信息对于产生准确的高光效果至关重要。

在 Shader Graph 中，获取世界空间法线的常见方法包括：

• 使用 Vertex Normal 节点并设置为世界空间
• 从法线贴图采样并转换到世界空间
• 通过自定义计算生成特殊效果的法线

Light Direction WS 输入端口指定了光源的方向，同样在世界空间中表示。这个方向应该指向光源，即从表面点指向光源位置的向量。在多重光照环境中，通常需要对每个光源分别计算高光贡献。

获取光源方向的典型方法包括：

• 使用主光源方向（Main Light Direction）
• 使用额外光源方向（Additional Light Direction）
• 通过自定义向量定义特殊光源

View Direction WS 输入端口提供了从表面点到摄像机的方向向量。这个向量与光线方向和法线一起，构成了高光计算的核心几何数据。视口方向的准确性直接影响高光位置的正确性。

在 Shader Graph 中，可以通过 View Direction 节点轻松获取世界空间的视口方向。需要注意的是，这个方向应该归一化以确保计算结果的准确性。

输出端口

Out 输出端口生成最终的高光颜色值，以 Vector3 形式表示。这个输出通常需要与漫反射光照和其他光照组件结合，形成完整的表面着色。

输出的高光颜色具有以下特性：

• 强度与光源强度和材质反射率成正比
• 颜色受材质光学特性和光源颜色影响
• 空间分布依赖于表面几何和光泽度参数

在实际使用中，CustomSpecular 节点的输出通常与漫反射颜色相加，并可能受到环境光遮蔽等其他因素的影响，最终形成完整的像素颜色。

使用示例

基础金属材质设置

创建一个基础的金属材质是理解 CustomSpecular 节点功能的绝佳起点。金属材质的高光特性与非金属有显著不同，主要体现在高光强度和颜色方面。

首先，设置 Specular 输入为 Vector3 类型，值设为 (0.8, 0.8, 0.9)，这表示一个略带蓝色的金属反射特性。金属的反射率通常较高，因此选择接近 1.0 的值是合适的。蓝色的色调可以模拟不锈钢或钛合金等金属的真实外观。

Smoothness 参数设置为 0.85，表示表面相当光滑但并非完美镜面。这个值会产生一个相对集中但仍有轻微扩散的高光区域，符合大多数抛光金属的视觉特性。

法线输入可以使用标准的顶点法线，通过 Normal Vector 节点获取并设置为世界空间。对于更加细致的表面效果，可以考虑添加法线贴图来模拟微观表面细节。

光源方向通常来自场景的主光源，可以使用 Main Light Direction 节点获取。视口方向通过 View Direction 节点获得，确保设置为世界空间。

连接所有这些输入后，CustomSpecular 节点将输出一个明亮且带有颜色 tint 的高光效果。这个输出可以直接与漫反射组件结合，或者通过乘法与光源颜色混合，以创建更加动态的光照响应。

非金属塑料材质

非金属材质的高光特性与金属有本质区别，主要体现在反射率较低且高光颜色通常为无色（灰度）。创建塑料材质是演示非金属高光的典型示例。

设置 Specular 输入为浮点值 0.05，这是塑料材质的典型反射率。非金属的反射率通常远低于金属，一般在 0.02 到 0.08 范围内。

Smoothness 参数可以根据塑料类型进行调整。对于光滑的注塑塑料，可以设置为 0.7 到 0.9；对于磨砂塑料，则可以设置为 0.3 到 0.6。这个示例中使用 0.75，模拟常见的光滑塑料表面。

法线、光源方向和视口方向的设置与金属材质类似。关键区别在于 Specular 输入使用标量值而非向量，这表示高光颜色将由光源颜色主导，而不受材质颜色影响。

最终的高光效果应该是明亮但不太强烈的白色高光，符合塑料的物理特性。这种设置可以广泛应用于各种塑料制品、涂层表面和其他非金属材料的渲染。

自定义高光形状

通过修改法线输入，可以实现各种特殊的高光形状和效果。这种技术常用于风格化渲染或特殊视觉效果。

一种常见的方法是使用噪声纹理或程序化噪声来扰动法线方向。将噪声纹理采样与基础法线结合，可以创建不规则的高光图案，模拟表面瑕疵或特殊材质特性。

另一种技术是使用数学函数生成自定义法线模式。例如，使用正弦波函数可以创建条纹状的高光效果，适用于CD表面或全息材质等特殊场景。

还可以通过法线贴图引入复杂的高光细节，而无需增加几何复杂度。高质量的法线贴图可以显著增强表面的视觉丰富性，同时保持较低的性能开销。

动态高光效果

通过动态修改输入参数，可以创建响应环境变化的高光效果。这种技术常用于交互元素或动态环境中的物体。

例如，可以将 Smoothness 参数与时间变量关联，创建高光闪烁或脉动效果。这种效果适用于模拟霓虹灯、魔法效果或用户界面元素。

另一种应用是根据视角变化调整高光强度，实现类似菲涅尔效应的增强效果。当视线与表面法线夹角增大时，增加高光强度可以模拟某些特殊材质的视觉特性。

还可以根据场景深度或距离调整高光参数，实现基于距离的细节层次变化。远距离物体可以使用较低的高光精度以优化性能，而近距离物体则展示详细的高光特性。

注意事项

Specular 输入的专业考量

Specular 输入的正确设置对于实现物理正确的渲染至关重要。不同材质的反射率值基于真实的物理测量数据，使用准确的值可以显著提高渲染的真实感。

对于非金属材质，需要特别注意反射率值的范围。虽然技术上可以使用 0.0 到 1.0 的任何值，但真实世界的非金属材质反射率很少超过 0.08。使用超出这个范围的值可能导致不自然的视觉效果。

金属材质的 Specular 输入应该使用 Vector3 值，并且通常包含颜色信息。这是因为金属的反射率通常随波长变化，不同颜色的光可能被不同程度地反射。例如，铜会有偏红的高光，而金则有偏黄的高光。

在性能方面，使用常量 Specular 值通常比使用纹理采样更高效。但对于需要空间变化的反射率，如生锈金属或脏污表面，使用纹理仍然是必要的。

坐标系一致性

所有世界空间输入（Normal WS、Light Direction WS、View Direction WS）必须确保使用相同的坐标系系统。坐标系不一致会导致计算错误和视觉异常。

世界空间法线应该归一化处理，以确保光照计算的准确性。从法线贴图获取的法线需要从切线空间转换到世界空间，这个过程需要正确的切线空间基础向量。

光源方向应该指向光源，并且通常是归一化的向量。在多点光照情况下，需要对每个光源单独计算方向向量。

视口方向是从表面点指向摄像机位置的向量，同样需要归一化处理。在顶点着色器中计算视口方向时，需要注意插值导致的长度变化问题。

性能优化建议

CustomSpecular 节点的计算复杂度主要取决于输入数据的来源和处理方式。通过优化输入数据的获取方式，可以显著提高着色器的性能。

尽可能使用常量或插值数据，避免在片段着色器中进行复杂计算。例如，如果不需要每像素精确的高光，可以在顶点着色器计算高光然后插值到像素。

对于移动平台，考虑使用简化版的高光计算，或者通过质量设置动态调整高光精度。URP 提供了多种质量级别，可以根据目标平台选择适当的高光计算复杂度。

使用适当的精度限定符可以优化性能。对于不需要高精度的计算，可以使用 half 或 fixed 精度而非 float 精度，特别是在移动平台上。

与其他光照组件的整合

CustomSpecular 节点的高光输出需要与漫反射光照、环境光和其他光照组件正确结合，才能形成完整的表面着色。

通常，高光颜色会与光源颜色相乘，然后加到漫反射颜色上。这种加性混合模拟了光线在表面反射的物理过程。

在能量守恒的渲染模型中，需要确保高光和漫反射的总和不超过入射光线的能量。这通常通过适当调整漫反射和高光的相对强度来实现。

对于基于图像的光照（IBL）环境，高光计算可能还需要与环境反射相结合。URP 提供了专门的环境反射节点，可以与 CustomSpecular 节点结合使用。

常见问题排查

当 CustomSpecular 节点产生意外结果时，通常可以从以下几个方面进行排查：

检查所有世界空间向量是否归一化。未归一化的向量会导致光照计算错误，特别是高光强度和位置的不准确。

验证法线方向是否正确。反向法线会导致高光出现在错误的一侧，破坏视觉效果。

确认光源方向指向光源。错误的光源方向会导致高光完全消失或出现在不合理的位置。

检查 Specular 输入的数据类型是否正确。非金属应该使用浮点数，金属应该使用 Vector3，混淆两者会导致不正确的高光颜色。

验证 Smoothness 值是否在合理范围内。超出 0.0-1.0 范围的值可能导致未定义行为或视觉异常。

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【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

CustomLighting 节点是 Unity URP Shader Graph 中一个功能强大的复合节点，专门用于构建自定义的 PBR（基于物理的渲染）光照模型。该节点为开发者提供了一个灵活且高效的框架，能够通过节点连接的方式生成符合物理规律的光照效果，同时保持优异的性能表现。

在当前的实时渲染领域，PBR 已经成为行业标准，它能够模拟光线与材质之间复杂的相互作用，产生更加真实和一致的视觉效果。CustomLighting 节点的设计理念就是让开发者能够在不需要编写复杂着色器代码的情况下，快速实现高质量的 PBR 材质效果。

该节点的核心价值在于其平衡了易用性与灵活性。对于不熟悉底层着色器编程的艺术家和技术美术来说，通过可视化的节点连接就能创建出专业级的光照效果；而对于有经验的图形程序员，它提供了足够的扩展空间来实现特殊的光照模型。

节点技术特性详解

复合节点架构分析

CustomLighting 节点作为复合节点，其内部封装了完整的 PBR 光照计算流程。复合节点的设计意味着它内部包含了多个子节点的组合，这些子节点协同工作，共同完成复杂的光照计算任务。这种架构的优势在于：

• 计算效率优化：节点内部的计算流程经过精心优化，确保在移动设备和性能受限的平台上也能流畅运行
• 参数统一管理：所有相关的 PBR 参数都集中在单个节点中管理，便于材质属性的统一调整
• 接口标准化：提供了标准化的输入输出接口，确保与其他 Shader Graph 节点的兼容性

PBR 光照模型基础

CustomLighting 节点实现的 PBR 模型基于经典的微表面理论，该理论假设物体表面由无数个微小的镜面组成，每个微表面都会对光线产生反射。节点的计算涵盖了以下几个关键方面：

• 能量守恒：确保反射光线的总能量不会超过入射光线的能量，这是 PBR 模型的核心原则
• 菲涅尔效应：模拟不同角度观察时反射率的变化，在掠射角时反射更加明显
• 微表面分布：使用 GGX 或 Beckmann 分布函数来描述表面粗糙度对高光的影响
• 几何遮蔽：考虑微表面之间的相互遮蔽对光线传播的影响

输入端口深度解析

Albedo 输入端口

Albedo（反照率）是 PBR 材质系统中最为基础的参数，它定义了材质表面对光线的漫反射特性。在物理意义上，Albedo 表示的是材质表面对不同波长光线的反射能力。

技术特性说明：

• 数据类型：Vector 3，对应 RGB 颜色空间
• 数值范围：建议使用 0-1 的线性颜色值，而非 sRGB
• 物理意义：表示材质在完美漫反射条件下的基础颜色

最佳实践建议：

• 避免使用过亮或过饱和的颜色值，真实世界材质的 Albedo 值通常在 0.02-0.8 之间
• 金属材质的 Albedo 应该接近黑色或非常暗的颜色，因为金属主要通过镜面反射表现
• 对于非金属材质，Albedo 应该包含材质的固有颜色信息

实际应用示例：

// 创建基础 Albedo 纹理采样
AlbedoTexture = SampleTexture2D(AlbedoMap, UV);
// 应用色调调整
AdjustedAlbedo = AlbedoTexture * BaseColor;
// 确保数值在合理范围内
FinalAlbedo = clamp(AdjustedAlbedo, 0.0, 1.0);

Metallic 输入端口

Metallic（金属度）参数控制材质的导电特性，这是区分金属和非金属材质的关键参数。在 PBR 工作流中，金属度是一个二元性很强的参数。

技术实现细节：

• 数据类型：Float，单精度浮点数
• 数值范围：0.0（完全非金属）到 1.0（完全金属）
• 物理基础：基于材质的电导率特性

金属度对材质的影响：

• 当 Metallic = 1.0 时：
  • Albedo 颜色主要影响镜面反射颜色
  • 漫反射分量几乎为零
  • 菲涅尔反射强度达到最大值
• 当 Metallic = 0.0 时：
  • Albedo 颜色影响漫反射颜色
  • 镜面反射颜色由入射光决定
  • 菲涅尔效应较弱

纹理制作要点：

• 金属度贴图通常是灰度图，白色表示金属区域，黑色表示非金属区域
• 在边界区域可以使用中间值实现平滑过渡
• 真实世界中很少有完全中性的金属度值，大多数材质要么是金属要么是非金属

Smoothness 输入端口

Smoothness（光滑度）参数控制材质表面的微观粗糙程度，直接影响高光反射的集中程度和范围。

技术参数说明：

• 数据类型：Float，单精度浮点数
• 数值范围：0.0（完全粗糙）到 1.0（完全光滑）
• 对应关系：与粗糙度（Roughness）是倒数关系

光滑度的视觉效果影响：

• 高光滑度（接近 1.0）：
  • 产生小而明亮的高光点
  • 反射图像更加清晰
  • 适合表现抛光金属、玻璃等光滑表面
• 低光滑度（接近 0.0）：
  • 产生大而柔和的高光区域
  • 反射图像模糊不清
  • 适合表现粗糙表面如混凝土、布料等

纹理制作技巧：

• 光滑度贴图需要注意与法线贴图的协调性
• 磨损区域通常具有较低的光滑度值
• 不同材质类型有其典型的光滑度范围值

NormalMap 输入端口

NormalMap（法线贴图）是现代实时渲染中不可或缺的技术，它通过改变表面法线方向来模拟复杂的几何细节，而不需要增加实际的多边形数量。

技术规格：

• 数据类型：Vector 3，对应世界空间法线方向
• 坐标空间：世界空间（World Space）
• 数值范围：各分量通常在 [-1, 1] 范围内

法线贴图的工作流程：

• 切线空间到世界空间的转换
• 法线向量的归一化处理
• 与基础法线的混合计算

制作和使用建议：

• 确保法线贴图使用正确的色彩空间（通常是线性空间）
• 注意法线贴图的压缩设置，避免使用有损压缩
• 在连接法线贴图前通常需要进行 UnpackNormal 操作

Occlusion 输入端口

Occlusion（环境光遮蔽）贴图用于模拟全局光照中的遮蔽效果，增强场景的空间感和深度感。

技术作用：

• 模拟环境光在凹槽和裂缝中的衰减
• 增强材质的体积感和真实感
• 弥补实时全局光照的不足

使用注意事项：

• 环境光遮蔽通常作为乘数应用于间接光照部分
• 不影响直接光照计算
• 数值范围通常在 0.0（完全遮蔽）到 1.0（无遮蔽）之间

输出端口与渲染流程集成

输出特性分析

CustomLighting 节点的输出端口提供经过完整 PBR 计算后的颜色信息，这个输出可以直接用于片元着色器的发射（Emission）通道。

输出数据类型： Vector 3，表示 RGB 颜色值

使用场景： 主要用于 Fragment 阶段的 Emission 输入

渲染管线集成

在 URP 渲染管线中，CustomLighting 节点的输出需要正确集成到渲染流程中：

// 简化的渲染流程示意
FragmentOutput frag (VertexOutput input)
{
    // 基础颜色计算
    float4 baseColor = CalculateBaseColor(input);

    // CustomLighting 节点计算
    float3 lightingResult = CustomLightingFunction(
        input.albedo,
        input.metallic,
        input.smoothness,
        input.normal,
        input.occlusion
    );

    // 最终颜色合成
    FragmentOutput output;
    output.Emission = lightingResult;
    output.Albedo = baseColor.rgb;

    return output;
}

性能优化与质量设置

Shading Quality 配置

CustomLighting 节点的性能和质量可以通过 Shading Quality 设置进行精细调整：

Receive Global Illumination 设置：

• 设置为 Off 时，节点不接收动态全局光照
• 减少实时光照计算开销
• 适用于移动平台或性能敏感的场景

Diffuse Quality 设置：

• 设置为 None 时禁用高级漫反射计算
• 使用简化的漫反射模型
• 显著提升渲染性能

Specular Quality 设置：

• 设置为 None 时禁用复杂高光计算
• 使用基本的高光反射模型
• 适用于对性能要求极高的场景

平台适配策略

不同平台需要不同的质量设置策略：

• 高端 PC/主机平台：
  • 可以使用完整的 PBR 计算
  • 开启所有高级光照特性
  • 使用高质量的法线和反射计算
• 移动平台优化：
  • 适当降低计算精度
  • 使用简化版的光照模型
  • 减少实时计算依赖

实际应用案例与工作流

金属材质创建实例

让我们通过一个具体的金属材质案例来演示 CustomLighting 节点的完整使用流程：

材质需求： 创建带有磨损效果的黄铜材质

制作步骤：

1. 准备基础纹理：

   • Albedo 贴图：暗黄色的基础颜色，磨损处露出底层材质
   • Metallic 贴图：主体区域为白色（金属），磨损处为黑色（非金属）
   • Smoothness 贴图：主体高光滑度，磨损处低光滑度
   • Normal 贴图：表现表面划痕和磨损细节
   • Occlusion 贴图：增强凹槽处的深度感

2. 节点图连接：

   [Texture Samplers] → [CustomLighting Node] → [Fragment Emission]
          ↓
   [Additional Effects] → [Final Output]
   

3. 参数调整要点：

   • 金属度：0.9（高金属性）
   • 光滑度：0.7（适度抛光）
   • 法线强度：根据实际效果微调

非金属材质实例

材质需求： 创建真实的陶瓷材质

特性分析：

• 高光滑度但非金属
• 清晰的镜面反射
• 白色的基础颜色

参数设置：

• Albedo：接近白色的浅色调
• Metallic：0.0（完全非金属）
• Smoothness：0.9（高度光滑）
• Normal：轻微的表面不规则性

高级技巧与故障排除

常见问题解决方案

问题1：材质看起来过于平淡

• 检查法线贴图是否正确连接和采样
• 确认环境光遮蔽贴图是否发挥作用
• 调整金属度和光滑度的对比度

问题2：性能开销过大

• 降低 Shading Quality 设置
• 检查纹理分辨率和压缩格式
• 考虑使用 LOD 技术动态调整质量

问题3：光照不自然

• 验证法线空间转换是否正确
• 检查所有输入参数是否在合理范围内
• 确认光照环境设置是否适合 PBR 材质

进阶应用技巧

混合材质实现：

通过多个 CustomLighting 节点的混合，可以实现复杂的材质效果：

// 混合两个不同的光照计算结果
float3 material1 = CustomLighting1(...);
float3 material2 = CustomLighting2(...);
float blendFactor = CalculateBlendFactor(...);

float3 finalLighting = lerp(material1, material2, blendFactor);

动态效果集成：

结合时间节点和数学运算，可以实现动态的材质效果：

• 金属表面的氧化效果
• 潮湿表面的干湿变化
• 温度引起的热变色效果

总结与最佳实践

CustomLighting 节点是 Unity URP Shader Graph 中实现高质量 PBR 材质的关键工具。通过深入理解每个输入参数的物理意义和技术特性，开发者可以创建出既真实又性能优异的材质效果。

核心要点回顾：

• 正确理解 PBR 工作流的物理基础
• 合理设置各个输入参数的数值范围
• 根据目标平台调整质量设置
• 充分利用节点的复合特性实现复杂效果

未来发展趋势：

随着硬件能力的提升和渲染技术的发展，CustomLighting 节点可能会集成更多先进的光照模型特性，如光线追踪、实时光线传播等。保持对新技术的学习和适应，将有助于在未来的项目中创造出更加出色的视觉效果。

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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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【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

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，🙏）