URPShader编写进阶：使用Shader Graph创建自定义着色器

# 1. Shader Graph简介与基础知识

## 1.1 什么是Shader Graph
Shader Graph是Unity的一种可视化着色器编辑器，它允许开发者通过连接节点来创建自定义的着色器效果。与传统的编写代码创建着色器不同，Shader Graph提供了直观的图形化界面，使着色器的创建过程更加可视化。

## 1.2 URP与Shader Graph的关系
URP（Universal Render Pipeline）是Unity中的一种渲染管线，它支持在不同平台上创建高性能的图形效果。Shader Graph是URP中使用的一种工具，开发者可以通过Shader Graph在URP中创建自定义的着色器。

## 1.3 Shader Graph的基本工作原理
Shader Graph的基本工作原理可以描述为以下几个步骤：
1. 创建Shader Graph节点：开发者可以通过选择节点来创建Shader Graph，节点表示不同的着色器特性或功能。
2. 连接节点：开发者可以连接节点以定义着色器的流程，通过连接不同的节点可以实现不同的效果。
3. 配置节点参数：每个节点都有一系列可配置的参数，开发者可以根据需要调整这些参数来达到想要的效果。
4. 生成着色器代码：当Shader Graph节点设置完成后，可以将其编译为着色器代码，然后在项目中使用。

通过以上步骤，开发者可以使用Shader Graph快速创建自定义的着色器效果，并在游戏中使用。在下一章节中，我们将介绍Shader Graph的基本操作。

# 2. Shader Graph基本操作

### 2.1 Shader Graph的界面概述
在本节中，我们将介绍Shader Graph的界面，以帮助读者更好地了解和操作Shader Graph工具。Shader Graph是Unity游戏引擎中的一个可视化着色器编辑器，它使用图形节点的方式来构建和编辑着色器。Shader Graph界面包括以下几个主要部分：

#### 2.1.1 图形窗口
图形窗口是Shader Graph的核心工作区域，用于创建和编辑着色器的节点图。在图形窗口中，我们可以拖拽和连接节点来构建着色器的逻辑结构。通过选择节点和调整节点属性，我们可以实现各种自定义的着色效果。

#### 2.1.2 材质编辑器
材质编辑器是Shader Graph界面的右侧面板，用于调整材质的属性和全局设置。在材质编辑器中，我们可以修改材质的颜色、纹理、光照属性等等。所有在着色器中创建的属性都可以在材质编辑器中进行调整。

#### 2.1.3 属性面板
属性面板位于Shader Graph界面的底部，用于显示和编辑当前选中节点的属性。当我们选择一个节点时，属性面板将显示该节点的属性列表。通过修改属性值，我们可以调整节点的行为和效果。

### 2.2 创建基本的Shader Graph着色器
在本节中，我们将学习如何使用Shader Graph创建一个基本的着色器。首先，我们需要打开Unity编辑器并创建一个新的Shader Graph。然后，我们可以通过拖拽节点、连接节点和设置节点属性来构建我们想要的着色效果。

步骤如下：

1. 打开Unity编辑器，创建一个新的Shader Graph。在Project视图中右键点击，选择Create -> Shader -> Universal Render Pipeline -> Shader Graph。

2. 将创建的Shader Graph文件拖拽到Graph窗口中，开始编辑着色器。

3. 在Graph窗口中拖拽节点并连接它们，以构建着色器的逻辑结构。例如，可以使用Texture Sample节点获取一个纹理样本，并将其连接到Master节点的Albedo输入端口。

4. 调整节点的属性来实现不同的着色效果。例如，可以修改Texture Sample节点的源纹理和采样方式来改变材质的外观。

5. 在材质编辑器中调整着色器的属性。可以修改颜色、纹理和其他属性来进一步定制材质的效果。

### 2.3 设置着色器属性和材质
在本节中，我们将学习如何在Shader Graph中设置着色器的属性和材质。通过修改这些属性，我们可以在运行时动态地调整着色器的效果。

#### 2.3.1 设置着色器属性
在Shader Graph中，我们可以通过创建节点来定义着色器的各种属性。例如，可以创建一个Float节点来表示一个浮点数属性，或者创建一个Color节点来表示一个颜色属性。

要设置着色器属性的默认值，可以选择节点并在属性面板中修改其值。当我们在材质编辑器中调整着色器的属性时，实际上是调整了这些节点的属性值。

#### 2.3.2 设置材质
在材质编辑器中，我们可以修改着色器的属性和全局设置。通过修改材质的颜色、纹理和其他属性，我们可以实现不同的着色效果。

在材质编辑器中，可以选择一个属性并在属性面板中修改其值。我们也可以通过拖拽纹理到相应的属性字段上，来更改材质中的纹理。

总结：
在本章中，我们学习了Shader Graph的基本操作。了解了Shader Graph的界面概述、创建基本的Shader Graph着色器以及设置着色器属性和材质的方法。有了这些基础知识，我们可以开始使用Shader Graph来创建自定义的着色效果了。

# 3. 利用Shader Graph创建自定义着色效果

在本章中，我们将深入探讨如何利用Shader Graph创建自定义着色效果。Shader Graph是Unity引擎中以图形化方式创建和编辑着色器的工具，它使得着色器开发变得更加直观和可视化。

### 3.1 使用Shader Graph实现自定义纹理混合

在这一节中，我们将使用Shader Graph来实现自定义纹理混合效果。纹理混合是一种常见的着色效果，它可以让多张纹理在物体表面交叉混合，以展现更丰富的图像效果。

首先，我们创建一个新的Shader Graph，并命名为"CustomTextureBlend".

然后，设置着色器的输入节点。我们需要添加两个Texture类型的输入参数，分别对应两张要混合的纹理。

接下来，在Shader Graph的主节点中添加一个Texture 2D节点，并将两个输入纹理连接到该节点的输入槽。

然后，我们需要添加一个Blend节点来执行纹理混合操作。在Blend节点中，我们可以选择不同的混合模式，并且可以调整不同纹理之间的混合比例。

最后，通过将Blend节点的输出连接到Master节点的Albedo输入槽，我们可以将自定义纹理混合效果应用到对象的表面着色中。

以下是完整的Shader Graph代码示例：

Graph{
    //Inputs
    Texture2D _MainTex("Main Texture", 2D) = "white" {}
    Texture2D _BlendTex("Blend Texture", 2D) = "white" {}
    //Nodes
    Node{
        Out:BuiltInData{
            Albedo("Albedo Map", 2D) = "_MainTex"
        }
        Embedded{
            Blend{
                Texture ("Blend Texture") = "_BlendTex"
                Mode ("Blend Mode") = 0
                Mix ("Mix") = 0.5
            }   
        }
    }
}

通过使用以上的Shader Graph代码，我们可以实现一个基本的自定义纹理混合着色效果。在Inspector面板中，我们可以通过调整_MainTex和_BlendTex的值，来实时预览纹理混合效果。

### 3.2 利用Shader Graph实现高级光照效果

在这一节中，我们将利用Shader Graph来实现高级的光照效果。光照是实现真实感和逼真效果的重要组成部分，Shader Graph提供了丰富的节点和功能来实现各种光照效果。

首先，我们创建一个新的Shader Graph，并命名为"AdvancedLighting".

然后，我们需要添加一个Normal Map节点来处理法线贴图。法线贴图是一种用于模拟表面细微凹凸的纹理，可以用来增强光照效果。

接下来，我们添加一个Lit Master节点，并将Normal Map节点的输出连接到Lit Master节点的Normal输入槽。

然后，在Inspector面板中，我们可以调整Lit Master节点的参数，如光照强度、光照颜色等，以实现想要的光照效果。

最后，我们将Lit Master节点的输出连接到Master节点的Albedo输入槽，以将高级光照效果应用到对象的表面着色中。

以下是完整的Shader Graph代码示例：

Graph{
    //Nodes
    Node{
        Out:BuiltInData{
            Albedo("Albedo Map", 2D) = "white"
            Normal("Normal Map", 2D) = "normal"
        }
        Embedded{
            Lit{
                Albedo("Albedo Map") = "_Albedo"
                Normal("Normal Map") = "_Normal"
                BentNormal("Bent Normal Map") = "white"
                Depth("Depth Map") = "white"
                SubsurfaceMask("Subsurface Mask") = "white"
                MaskMap("Mask Map") = "white"
                Specular("Specular Map") = "white"
                Smoothness("Smoothness") = 0.5
                Metallic("Metallic") = 0.5
                BumpScale("Bump Scale") = 1
                CullMode("Cull Mode") = 2
                EnableDoubleSidedGI("Enable Double Sided GI") = 0
                EnableDynamicLightmap("Enable Dynamic Lightmap") = 0  
            }   
        }
    }
}

通过使用以上的Shader Graph代码，我们可以实现一个高级的光照效果。通过调整Lit节点的参数，我们可以实时预览不同的光照效果，并根据需求进行调整。

### 3.3 实现自定义的几何变换效果

在这一节中，我们将介绍如何利用Shader Graph实现自定义的几何变换效果。几何变换是一种改变物体外观和形状的着色效果，可以实现一些特殊的视觉效果。

首先，我们创建一个新的Shader Graph，并命名为"CustomGeometryTransform".

然后，我们添加一个Vertex Position节点，并将其输出连接到Master节点的Position输入槽。

接下来，我们添加一个Matrix Multiply节点，并在其输入槽中输入一个自定义的矩阵。

然后，将Vertex Position节点的输出连接到Matrix Multiply节点的输入槽。

最后，将Matrix Multiply节点的输出连接到Master节点的Position输入槽，以将自定义几何变换效果应用到对象的顶点位置。

以下是完整的Shader Graph代码示例：

Graph{
    //Nodes
    Node{
        Out:BuiltInData{
            Position("Position", float3) = "POSITION.xyz"
        }
        Embedded{
            MatrixMultiply{
                input ("Vertex Position") = "POSITION.xyz"
                output ("Position") = "POSITION.xyz"
                matrix ("Custom Matrix") = float4x4(1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1)
            }   
        }
    }
}

通过使用以上的Shader Graph代码，我们可以实现自定义的几何变换效果。通过调整Custom Matrix节点的矩阵参数，我们可以实现不同的几何变换效果，如缩放、旋转、位移等。

# 4. 性能优化与Shader Graph

在使用Shader Graph创建自定义着色器时，性能优化是一个非常重要的方面。优化着色器性能可以提高游戏的帧率和性能表现，从而提供更好的用户体验。本章将介绍一些优化Shader Graph的方法和技巧。

#### 4.1 Shader Graph的性能指标和注意事项

在优化着色器性能之前，我们需要了解一些与性能相关的指标和注意事项。

- **指标1：Draw call数量**：Draw call是指GPU在一帧中渲染的次数。过多的Draw call数量会降低游戏的性能。在Shader Graph中，当使用多个材质或Sub Graph时，会产生额外的Draw call。因此，需要尽量减少Draw call的数量，可以通过合并材质或Sub Graph来优化。
- **指标2：Shader Variant数量**：Shader Variant是指根据不同的材质属性和硬件平台生成的不同版本的Shader。过多的Shader Variant会占用更多的内存，并且在运行时增加了选择和编译Shader的负担。在Shader Graph中，每次更改材质属性或着色器设置都会生成新的Shader Variant。因此，需要避免过多的Shader Variant，可以通过合并属性和减少着色器设置来优化。
- **注意事项1：减少节点数量**：过多的节点会增加着色器的复杂性，导致性能下降。在Shader Graph中，可以通过合并和简化节点来减少节点数量，从而提高性能。
- **注意事项2：避免使用大量循环和条件分支**：循环和条件分支在着色器中会导致性能下降，尤其是在移动设备上的性能影响更为显著。在Shader Graph中，尽量避免使用大量循环和条件分支，可以通过其他方式实现相同的效果，例如使用纹理贴图。
- **注意事项3：合理使用属性和输入输出**：在Shader Graph中，属性和输入输出的使用也会对性能产生影响。过多的属性和输入输出会增加Shader Variant的数量，导致性能下降。因此，需要合理使用属性和输入输出，尽量减少不必要的属性和输入输出。

#### 4.2 如何优化Shader Graph的性能表现

在优化Shader Graph的性能表现时，可以从以下几个方面进行优化：

- **合并材质和Sub Graph**：尽量减少不同材质和Sub Graph的数量，可以通过对材质属性进行合并，或者将相同的特效集成到一个Sub Graph中。这样可以减少Draw call的数量和Shader Variant的数量。

- **减少节点数量**：定期审查着色器图表中的节点数量，尽量合并一些相似的节点或简化节点。可以使用代码节点来替代一些相对复杂的节点，以减少节点数量。

- **避免不必要的节点和操作**：在着色器图表中，避免使用不必要的节点和操作，例如不必要的计算、采样和变换等。只保留必需的节点和操作，可以减少GPU的负担，提高性能。

- **合理使用属性和输入输出**：合理使用属性和输入输出，避免过多的属性和输入输出。在Shader Graph中，可以通过选择合适的属性类型和输入输出类型，减少Shader Variant的数量，提高性能。

#### 4.3 在URP中合理使用Shader Graph

在Unity的通用渲染管线(URP)中，Shader Graph是一种非常强大和灵活的工具，可以用于创建各种自定义的着色器效果。但是，在使用Shader Graph时也要注意一些URP特定的优化技巧。

- **使用Baked Lightmap**：当使用Shader Graph创建自定义着色器时，可以将光照信息和Baked Lightmap结合使用，以减少实时计算光照的负担，提高性能。

- **使用Shader Graph中的URP节点**：URP提供了一些特定的节点，用于优化着色器的性能。在Shader Graph中，可以使用这些URP节点来实现一些特定的优化效果，例如使用URP Lit节点来减少Shader Variant的数量。

- **定期检查和优化着色器**：在使用Shader Graph创建自定义着色器时，需要定期检查和优化着色器性能。可以通过使用Unity的Profiler工具来分析着色器的性能表现，找出性能瓶颈，并进行针对性的优化。

通过合理使用Shader Graph并进行性能优化，可以为游戏提供更好的性能表现和用户体验。在创建自定义的着色器效果时，建议遵循以上的优化方法和技巧。

本章内容介绍了性能优化与Shader Graph的相关知识，包括性能指标和注意事项，优化方法和技巧，以及在URP中合理使用Shader Graph的建议。通过对着色器的性能进行优化，可以提高游戏的性能表现，从而提供更好的用户体验。

# 5. 高级Shader Graph技巧与实践

在本章中，我们将介绍一些高级的Shader Graph技巧和实践，帮助您进一步提升自己使用Shader Graph创建自定义着色器的能力。

#### 5.1 利用Shader Graph实现表面纹理的变化效果

在这个示例中，我们将展示如何使用Shader Graph创建一个可以在表面上产生变化纹理的效果。具体步骤如下：

1. 创建一个新的Shader Graph，将其命名为"SurfaceTextureEffect"。
2. 在Shader Graph中添加一个Texture 2D节点，作为表面纹理的输入。
3. 添加一个Time节点，用于控制时间的流逝。
4. 使用一个Sine Wave节点，将时间连接到其输入。调整Sine Wave节点的参数来控制波动效果的频率和振幅。
5. 将表面纹理和Sine Wave节点的输出连接到Gradient节点，以生成变化的纹理效果。
6. 将Gradient节点连接到Output节点的Albedo输入，作为最终的着色器输出。

以下是Shader Graph中节点的详细设置和效果：

+------------+        +-----------+       +------------+
| Texture 2D | -----> | Gradient  | ----> |  Output    |
+------------+        +-----------+       +------------+
                    ↑       ↑
                    |       |
                 +------+  +-----+
                 | Time |  | Sine |
                 +------+  +-----+

通过上述步骤，您将创建一个能够在表面上产生变化纹理效果的Shader Graph着色器。

#### 5.2 创建透明材质效果

在本示例中，我们将展示如何使用Shader Graph创建一个透明材质效果。具体步骤如下：

1. 创建一个新的Shader Graph，将其命名为"TransparentMaterial"。
2. 在Shader Graph中添加一个Texture 2D节点，作为材质的漫反射贴图。
3. 添加一个Color节点，用于设置透明材质的颜色。
4. 使用一个Lerp节点，将透明材质的颜色和Alpha连接到其输入。调整Lerp节点的参数来控制材质的透明度。
5. 将Texture 2D节点和Lerp节点连接到Output节点的Albedo输入，作为最终的着色器输出。

以下是Shader Graph中节点的详细设置和效果：

+------------+        +-------+       +------------+
| Texture 2D | -----> | Lerp  | ----> |  Output    |
+------------+        +-------+       +------------+
                    ↑       ↑
                    |       |
                 +-------+  +------+
                 | Color |  | Alpha|
                 +-------+  +------+

通过上述步骤，您将创建一个具有透明效果的材质。

#### 5.3 Shader Graph与特殊效果的结合

在本示例中，我们将展示如何使用Shader Graph与特殊效果结合，创建出更加复杂和炫酷的着色器效果。具体步骤取决于您想要实现的特殊效果的具体需求和实现方法，但总体来说，您可以通过以下步骤来开始：

1. 确定您想要实现的特殊效果，例如水面的波浪效果、火焰的动态效果等。
2. 在Shader Graph中，使用合适的节点来实现特殊效果的计算和变化。
3. 根据特殊效果的需求，可能需要使用Math节点、Noise节点、Property节点等来进行更复杂的计算和操作。
4. 根据特殊效果的需求，可能需要使用Grab Pass节点、Camera节点等来获取场景信息并应用到着色器中。
5. 将特殊效果的计算结果和其他节点连接，最终输出到Output节点得到最终的着色器效果。

通过上述步骤，您可以结合Shader Graph的强大功能和特殊效果的需求，实现出令人惊叹的着色器效果。

希望通过本章的介绍，您能够掌握更多高级的Shader Graph技巧，从而创建出更加出色和复杂的自定义着色器效果。

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这就是文章第五章的内容，希望对您有所帮助！

# 6. 案例分析与应用实例

在本章中，我们将通过三个具体的案例，深入分析和探讨使用Shader Graph创建自定义着色器效果的实际应用。

#### 6.1 例子1：基于Shader Graph的角色着色效果实现

在这个案例中，我们将使用Shader Graph创建一个基于角色的自定义着色效果。我们将重点讨论如何利用Shader Graph实现角色皮肤的光照效果、阴影效果以及细节纹理贴图的处理。

#### 6.2 例子2：利用Shader Graph制作宝石的发光效果

这个案例将着重介绍如何使用Shader Graph实现宝石的发光效果。我们将通过Shader Graph的节点和功能，实现宝石材质的发光特效，从而使宝石在游戏场景中具有更加引人注目的效果。

#### 6.3 例子3：深入分析使用Shader Graph创建的自定义着色器效果

在这个案例中，我们将从一个更加深入和细致的角度，分析和探讨使用Shader Graph创建的自定义着色器效果。我们将结合实际的代码和效果演示，深入剖析Shader Graph的各项功能和节点的使用技巧，帮助读者更好地理解和应用Shader Graph。

通过这些实际案例的分析，读者可以更加深入地理解Shader Graph的应用，从而在自己的项目中更加灵活和高效地利用Shader Graph创建自定义的着色效果。