shadergraph进阶：掌握基本节点的属性和功能

# 1. ShaderGraph简介与基本概念

## 1.1 ShaderGraph是什么

ShaderGraph是Unity游戏引擎中的一款可视化着色器编辑工具，通过可视化节点和连接方式，用户可以在不编写着色器代码的情况下创建复杂的着色器效果。ShaderGraph采用了基于节点的编辑方式，使得着色器的创建变得更加直观和灵活。

## 1.2 ShaderGraph的优势与应用场景

ShaderGraph的出现极大地简化了着色器的制作流程，不仅节省了开发者的时间，还提高了着色器制作的可视化程度。ShaderGraph适用于游戏开发、AR/VR应用以及影视特效制作等领域。

## 1.3 ShaderGraph基本节点和连接关系

在ShaderGraph中，基本节点包括纹理节点、数学运算节点、颜色处理节点等，这些节点可以通过连接关系实现着色器中的各种功能，如纹理采样、颜色混合、光照计算等。对基本节点的深入理解是学习ShaderGraph的关键。

# 2. ShaderGraph基本节点的属性详解

ShaderGraph是一种图形化的工具，可以用来创建和编辑着色器。它由许多不同类型的节点组成，每个节点都具有特定的属性和功能。在本章中，我们将详细介绍ShaderGraph中一些常见的基本节点以及它们的属性和应用。

### 2.1 纹理节点的属性及应用

纹理节点是ShaderGraph中常用的一个节点类型，用于处理和应用纹理贴图。它具有以下常见属性和功能：
- Texture属性：用于选择和导入纹理贴图，并将其应用到着色器中。
- UV属性：用于控制纹理贴图的采样坐标。可以通过连接UV节点或手动输入UV坐标来定义采样位置。
- Tiling属性：用于控制纹理贴图在模型表面上的重复次数。
- Offset属性：用于控制纹理贴图在模型表面上的偏移量。
- Properties属性：用于将纹理节点的属性暴露给材质面板，方便用户在Unity中进行调整。

下面是一个示例代码，展示了如何在ShaderGraph中使用纹理节点：

Shader "Custom/TextureShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Main Texture", 2D) = "white" {}
    }
 
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
 
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
 
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };
 
            sampler2D _MainTex;
 
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
 
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 color = tex2D(_MainTex, i.uv);
                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

### 2.2 数学运算节点的属性及应用

数学运算节点在ShaderGraph中可以执行各种基本的数学运算操作，包括加法、减法、乘法、除法、取反等。它具有以下常见属性和功能：
- Input属性：用于输入需要进行数学运算的数据。可以是常量、变量或其他节点的输出。
- Operation属性：用于选择要执行的数学运算操作。
- Output属性：用于输出运算结果，可以连接到其他节点的输入端。

下面是一个示例代码，展示了如何在ShaderGraph中使用数学运算节点进行颜色混合：

Shader "Custom/MathShader"
{
    Properties
    {
        _Color1 ("Color 1", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _Color2 ("Color 2", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }
 
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
 
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
 
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };
 
            float4 _Color1;
            float4 _Color2;
 
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
 
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 color = _Color1 * _Color2;
                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

### 2.3 颜色处理节点的属性及应用

颜色处理节点用于修改和处理材质的颜色。它具有以下常见属性和功能：
- Color属性：用于输入需要处理的颜色值。可以是常量、变量或其他节点的输出。
- Operation属性：用于选择需要执行的颜色处理操作，例如反转、调整亮度、对比度、饱和度等。
- Output属性：用于输出颜色处理后的结果，可以连接到其他节点的输入端。

下面是一个示例代码，展示了如何在ShaderGraph中使用颜色处理节点调整材质颜色的亮度：

Shader "Custom/ColorShader"
{
    Properties
    {
        _MainColor ("Main Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _Brightness ("Brightness", Range(0, 2)) = 1
    }
 
    SubShader
    {
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"
 
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };
 
            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };
 
            float4 _MainColor;
            float _Brightness;
 
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;
                return o;
            }
 
            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 color = _MainColor;
                color.rgb *= _Brightness;
                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

在本章中，我们介绍了ShaderGraph中纹理节点、数学运算节点和颜色处理节点的属性和应用。通过理解和掌握这些基本节点，您将能够更好地使用ShaderGraph来创建和编辑着色器，并实现更丰富多样的效果。

[参考资料](https://docs.unity.cn/cn/2018.4/Manual/SL-ShaderGraph.html)

# 3. 常见基本节点的功能演示

在这一章节中，我们将会演示一些常见基本节点的功能，展示它们在ShaderGraph中的应用。

### 3.1 使用纹理节点创建基本材质

纹理节点是ShaderGraph中常用的节点之一，它用于加载和处理纹理图像。我们可以利用纹理节点创建各种基本材质。

首先，我们创建一个新的ShaderGraph，并在主图中添加一个**Texture 2D**节点和一个**Master Node**节点。

将Texture 2D节点的**Texture**属性连接到Master Node的**Base Map**属性。然后，我们可以在Texture 2D节点的属性中选择一个纹理图像。

接下来，我们可以调整Texture 2D节点的其他属性，如**Tiling**和**Offset**。这些属性可以控制纹理的重复次数和偏移位置，以实现不同的效果。

最后，我们可以通过调整Master Node的其他属性，如**Metallic**、**Smoothness**和**Normal Map**，来进一步美化材质。

Shader "Custom/TextureDemo"
{
    Properties
    {
        _BaseMap("Base Map", 2D) = "white" {}
        _Metallic("Metallic", Range(0, 1)) = 0.0
        _Smoothness("Smoothness", Range(0, 1)) = 0.5
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        sampler2D _BaseMap;
        sampler2D _NormalMap;
        fixed _Metallic;
        fixed _Smoothness;

        struct Input
        {
            float2 uv_BaseMap;
            float2 uv_NormalMap;
        };

        void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
        {
            fixed4 c = tex2D(_BaseMap, IN.uv_BaseMap);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = _Smoothness;
            o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

通过以上代码，我们在ShaderGraph中创建了一个演示纹理节点的基本材质。你可以根据自己的需要调整材质的属性和参数。

### 3.2 运用数学运算节点实现特效

数学运算节点在ShaderGraph中具有重要的作用，它们可以帮助我们实现各种特效效果。

我们以创建一个简单的黑白特效为例。首先，我们创建一个新的ShaderGraph，并在主图中添加一个**Texture 2D**节点和一个**Math**节点。

将Texture 2D节点的输出连接到Math节点的输入。然后，选择Math节点的操作为**Multiply**，并设置操作数为一个常数。这个常数将决定特效的强度。

最后，将Math节点的输出连接到Master Node的**Base Map**属性。现在，我们可以看到在材质的基础上生成了黑白特效。

Shader "Custom/BlackAndWhite"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Main Texture", 2D) = "white" {}
        _EffectStrength("Effect Strength", Range(0, 1)) = 0.5
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        sampler2D _MainTex;
        fixed _EffectStrength;

        struct Input
        {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
        {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            fixed average = (c.r + c.g + c.b) / 3;
            c.rgb = lerp(fixed3(average, average, average), c.rgb, _EffectStrength);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Metallic = 0;
            o.Smoothness = 0.5;
            o.Normal = float3(0, 0, 1);
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

通过以上代码，我们在ShaderGraph中创建了一个简单的黑白特效材质。你可以通过调整**Effect Strength**属性来改变特效的强度。

### 3.3 利用颜色处理节点调整材质颜色

颜色处理节点是ShaderGraph中用于处理颜色的节点之一。它们可以帮助我们调整材质的颜色属性。

我们以创建一个颜色渐变特效为例。首先，我们创建一个新的ShaderGraph，并在主图中添加一个**Gradient**节点和一个**Master Node**节点。

将Gradient节点的输出连接到Master Node的**Base Map**属性。然后，我们可以在Gradient节点的属性中设置颜色渐变的起始和结束颜色。

接下来，我们可以调整Master Node的其他属性，如**Metallic**和**Smoothness**，来进一步调整材质的效果。

Shader "Custom/ColorGradient"
{
    Properties
    {
        _StartColor("Start Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _EndColor("End Color", Color) = (0, 0, 0, 1)
        _Metallic("Metallic", Range(0, 1)) = 0.0
        _Smoothness("Smoothness", Range(0, 1)) = 0.5
    }
    SubShader
    {
        Tags
        {
            "RenderType"="Opaque"
        }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        fixed4 _StartColor;
        fixed4 _EndColor;
        fixed _Metallic;
        fixed _Smoothness;

        struct Input
        {
            float2 uv_BaseMap;
        };

        void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
        {
            fixed4 c = lerp(_StartColor, _EndColor, IN.uv_BaseMap.y);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = _Smoothness;
            o.Normal = float3(0, 0, 1);
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

通过以上代码，我们在ShaderGraph中创建了一个颜色渐变材质。你可以根据需要调整**Start Color**和**End Color**属性，来改变颜色渐变的起始和结束颜色。

这就是常见基本节点的功能演示，在ShaderGraph中，我们可以利用这些基本节点的属性和功能来创作各种材质特效。接下来，我们将介绍ShaderGraph的高级节点和进阶技巧。

# 4. ShaderGraph高级节点的应用

在这一章中，我们将深入探讨ShaderGraph中的高级节点的应用，包括Sub-graph节点的使用技巧、自定义节点的创建与应用，以及ShaderGraph中定制化节点的调整和使用。通过学习这些高级节点的应用，我们可以更加灵活地创建和定制化复杂的材质效果。

#### 4.1 Sub-graph节点的使用技巧
Sub-graph节点是ShaderGraph中非常重要的一个节点类型，它允许我们将一组节点封装为一个子图，从而提高ShaderGraph的可维护性和可复用性。在使用Sub-graph节点时，需要注意以下几个技巧：
- 将常用的材质模块封装成Sub-graph，例如法线贴图、光照计算等，以便在不同的材质中复用。
- 使用Sub-graph节点可以将复杂的效果逻辑进行模块化，大大简化ShaderGraph的设计和管理。
- 在创建Sub-graph节点时，需考虑节点的输入和输出，使其尽可能通用化，以便在不同情况下灵活应用。

#### 4.2 自定义节点的创建与应用
ShaderGraph还支持自定义节点的创建，通过编写Shader代码结合Sub-graph节点，可以实现更加灵活和复杂的效果。在创建自定义节点时，需要注意以下几点：
- 确定自定义节点的输入和输出，精心设计节点的功能和参数，使其尽可能通用和灵活。
- 了解Shader语言的基础知识，理解节点所对应的Shader代码逻辑，以便正确编写自定义节点的逻辑。
- 在应用自定义节点时，需要根据实际需求灵活调整节点的参数和连接关系，以实现预期的效果。

#### 4.3 ShaderGraph中定制化节点的调整和使用
除了Sub-graph节点和自定义节点外，ShaderGraph还提供了一些精细化的定制化节点，例如Custom Function节点、Property节点等，通过这些节点的灵活调整和使用，可以实现更加个性化和专业化的效果。
在使用定制化节点时，需要注意以下几点：
- Custom Function节点可以调用自定义的Shader函数，从而实现更加灵活的效果定制。
- Property节点可以提供Shader中的属性参数，使其可以在材质面板中动态调整，从而实现材质效果的实时调整和定制。

通过深入学习和灵活应用这些高级节点，我们可以更加灵活地定制和实现复杂的材质效果，为我们的项目带来更多可能性和创意。

# 5. 构建基本材质的实际应用

在这一章节中，我们将探索如何使用ShaderGraph来构建基本的材质，并将其应用到实际场景中。

### 5.1 实现常见基本材质的创建

首先，我们将介绍如何创建常见的基本材质，例如金属、木材和塑料等。我们将使用ShaderGraph中的纹理节点、颜色处理节点和数学运算节点来实现这些效果。

以下是一个创建金属材质的示例代码：

Shader "Custom/Metal" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Metallic ("Metallic", Range(0, 1)) = 1
        _Smoothness ("Smoothness", Range(0, 1)) = 1
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        sampler2D _MainTex;
        float _Metallic;
        float _Smoothness;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Metallic = _Metallic;
            o.Smoothness = _Smoothness;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

上述代码使用了一个名为"Custom/Metal"的自定义着色器，并定义了一些材质属性，如纹理、金属度和光滑度。在`surf`函数中，我们通过采样主纹理并将其应用到材质表面上，同时指定金属度和光滑度。

### 5.2 制作带有特效的高级材质

除了常见的基本材质外，我们还可以通过ShaderGraph创建带有特效的高级材质。例如，我们可以使用噪声纹理和数学运算节点来实现地表的岩石纹理效果。

以下是一个创建岩石纹理材质的示例代码：

Shader "Custom/Rock" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _NoiseTex ("Noise Texture", 2D) = "white" {}
        _Scale ("Scale", Range(0, 1)) = 1
        _Frequency ("Frequency", Range(0, 10)) = 1
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard fullforwardshadows

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        sampler2D _MainTex;
        sampler2D _NoiseTex;
        float _Scale;
        float _Frequency;

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            float4 noise = tex2D(_NoiseTex, IN.uv_MainTex * _Frequency);
            float3 offset = noise.rgb * _Scale;
            float2 uv = IN.uv_MainTex + offset.xy;

            fixed4 c = tex2D(_MainTex, uv);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

上述代码使用了一个名为"Custom/Rock"的自定义着色器，并定义了一些材质属性，如主纹理、噪声纹理、缩放和频率。在`surf`函数中，我们通过采样噪声纹理并将其应用到主纹理的UV坐标上，从而实现了岩石纹理的效果。

### 5.3 优化基本材质的性能与质量

在创建基本材质时，我们还需要考虑性能和质量之间的平衡。通过调整节点的参数和采样率，我们可以优化材质的渲染性能，并确保材质的质量达到需求。

以下是一些优化基本材质的实际技巧：

- 减少采样数：通过降低纹理节点的采样率，可以减少对GPU性能的影响。
- 使用简化的数学运算：在数学运算节点中，尽量使用性能较好的简化算法，避免使用复杂的计算公式。
- 合并多个节点：将多个节点合并为一个节点，可以减少节点之间的计算和连接开销。

总结：

在本章节中，我们学习了如何使用ShaderGraph构建基本的材质，并将其应用到实际场景中。我们介绍了创建常见基本材质和制作带有特效的高级材质的方法，并探讨了优化基本材质性能与质量的技巧。通过合理的使用和调整节点，我们可以创建出符合需求并具有高性能的材质效果。

希望本章节对您在ShaderGraph中构建基本材质的实际应用有所帮助！

# 6. 使用ShaderGraph进行实时渲染

在本章节中，我们将深入探讨使用ShaderGraph进行实时渲染的相关内容。ShaderGraph的实时渲染效果在游戏开发、虚拟现实和增强现实等领域有着广泛的应用，其功能和性能优势备受关注。

#### 6.1 游戏引擎中ShaderGraph的实时渲染效果

在游戏引擎中，ShaderGraph可以实现各种动态效果，例如实时光照、阴影和材质反射等。通过ShaderGraph的节点连接关系和属性调整，可以实现多样化的渲染效果，并且可以在编辑器中实时预览效果，大大提高了开发效率。

以下是一个简单的ShaderGraph实时渲染的示例代码（使用Unity引擎的ShaderGraph）：

Shader "Custom/RealTimeRender"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader
    {
        Tags
        { 
            "RenderType"="Opaque" 
        }
        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata_t
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            fixed4 _Color;

            v2f vert (appdata_t v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv) * _Color;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

在上面的示例代码中，我们定义了一个名为"RealTimeRender"的Shader，并使用ShaderGraph中的节点和属性，实现了简单的纹理渲染和颜色调整。

#### 6.2 ShaderGraph在虚拟现实和增强现实中的应用

在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域，ShaderGraph同样发挥着重要作用。通过ShaderGraph创建的高性能材质和特效，可以为虚拟场景和现实环境提供更加真实的视觉体验，同时也能保证较高的渲染效率和稳定性。

#### 6.3 未来ShaderGraph的发展趋势与展望

随着技术的不断进步和游戏、虚拟现实、增强现实等领域的发展，ShaderGraph也在不断演进和完善。未来，我们可以期待ShaderGraph在性能优化、渲染效果和可视化编辑等方面有更加出色的表现，为各种实时渲染需求提供更加便捷和高效的解决方案。

希望以上内容能够帮助您更深入地了解ShaderGraph在实时渲染中的应用和发展前景。

以上就是本章节的全部内容，希望可以为您提供有价值的信息！