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一、ShaderGraph前言

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嗨，大家好，我是新发。最近在捣腾Unity的ShaderGraph插件，挺好玩的，我决定把我自己实验的所有效果记录到这篇博客中，附带完整高清的连线动态图，希望对想要学习ShaderGraph的同学有所启发。

二、ShaderGraph科普

1、渲染管线（Render Pipline）

渲染管线也称渲染流水线，是显示芯片（GPU）内部处理图形信号相互独立的并行的处理单位。

渲染管线流程包括下面几个步骤：顶点处理、面处理、光栅化、像素处理等。 Unity内置的渲染管线，我们可以使用shader来实现渲染管线中的某些步骤的逻辑。

2、可编程渲染管线，SRP（Scriptable Render Pipline）

Unity2018中引入了可编程渲染管线（Scriptable Render Pipline），简称SRP，是一种在Unity中通过C#脚本配置和执行渲染的方式。

为什么需要SRP?

Unity内置的渲染管道只有Forward和Deferred两种。

Forward Shading

原理：每个作用于物体的像素光单独计算一次，drawCall随着物体与光照数量增加而成倍增加

优点：不受硬件限制

缺点：光照计算开销成倍增加随着光源和物体数量增加。

每个物体接受光照数量有限。

Deferred Shading

原理：物体颜色、法线、材质等信息先渲染到G-Buffer中，光照最后单独渲染，避免每个物体多个光照批次的问题

优点：作用于每个物体光照数量不再受到限制，光照计算不随着物体增加而增加

缺点：移动设备需要支持OpenGL3.0。

不支持MSAA。

半透明物体仍然使用前向渲染。

如上，这两种内置的管道各有优缺点 ，还有，我们看不到源代码，如果为了表现某种特殊的视觉效果修改起来非常不便。所以就有了SRP的诞生。另外，根据项目的需求写合适的SRP，也可以降低DrawCall，提高运行效率。

SRP引入了CommandBuffer。

CommandBuffer，用于拓展Unity渲染管线。

包含一系列渲染命令，比如设置渲染目标，绘制网格等，并可以设置为在摄像机期间的各个点执行渲染。

下面是CommandBuffer的一个简单的例子：（具体可看官方Github的例子，）

public override void Render(ScriptableRenderContext context, Camera[] cameras){
       base.Render(context, cameras);        var cmd = new CommandBuffer();    cmd.ClearRenderTarget(true, true, m_ClearColor);    context.ExecuteCommandBuffer(cmd);    cmd.Release();    context.Submit();}

自己定制渲染管线对编程要求很高，难度大。

所以Unity提供里2个预制的管线：高清渲染管线（HDRP，全称High Definition Render Pipleline）、通用渲染管线（URP，全称Universal Render Pipleline），

注意，URP的前身就是轻量级渲染管线LWRP（全称Light Weight Render Pipleline）。

3、高清渲染管线，HDRP（High Definition Render Pipleline）

在Unity2018版本，Unity为了提高引擎的画面表现，推出了High Definition Render Pipeline，高清晰渲染管线，简称HDRP。

HDRP专注于高端图形渲染，针对高端硬件配置，像PC、XBox和Playstation，其面向高逼真度的游戏、图形demo和建筑渲染、超写实效果，以及所需的最佳图形效果，目前还不支持在手机移动端使用HDRP。 想得到HDRP的完美表现能力，需要大量的贴图，漫反射贴图、高光贴图、金属贴图、平滑贴图、AO贴图、法线贴图、凹凸贴图、高度贴图等等，所以要做HDRP流程需要非常长的时间和庞大的制作团队以及充足的预算。

4、通用渲染管线，URP（Universal Render Pipleline）

在2019.3版本中，Unity将轻量渲染管线LWRP重命名为通用渲染管线URP，通用渲染管线是制作精美图形和显示效果的强力方案，并且同时支持多个平台。轻量渲染管线设计初时具有快捷、可伸缩的优点，可为所有移动端带来高质量的图形效果。URP是Unity未来的默认渲染方式。

Unity官方将致力于改进通用渲染管线，为用户带来VFX Graph、Shader Graph、Custom Render Passes及最新Post-Processing的各种便利，实现等同甚至更好的品质与性能，且只需一次开发，便能在大量的平台上部署。

需要注意的是，通用渲染管线将不会取代或包括高清渲染管线（HDRP）。

5、ShaderGraph

Unity2018推出了一个可编程渲染管线工具ShaderGraph，让开发者们可以通过可视化界面拖拽来实现着色器的创建和编辑。

目前ShaderGraph支持的URP通用渲染管线，也支持HDRP高清渲染管线。 我们通过Unity的PackageManager安装ShaderGraph，还需要安装对应的渲染管线工具包，比如要使用URP通用渲染管线，则需要通过PackageManager安装Universal RP，如果要使用HDRP高清渲染管线，则需要通过PackageManager安装High Definition RP。 安装了渲染管线工具包之后，就可以通过菜单 Assets - Create - Rendering创建对应的渲染管线配置。 接着在Editor - Project Setting - Graphics中的Scriptable Render Pipeline Settings设置渲染管线配置文件。 如果是使用URP，则设置URP的渲染管线配置 如果是使用HDRP，则设置HDRP的渲染管线配置 然后，我们就可以创建对应的ShaderGraph，愉快得进行连连看了。

6、URP和HDRP效果对比

我实验了一下URP和HDRP的效果，感受一下

先看URP的效果 再看HDRP的效果

三、ShaderGraph使用前的环境准备

首先除了安装ShaderGraph本身外，还得安装渲染管线工具，以URP渲染管线（工具包名叫Universal RP）为例。

1、安装Universal RP

点击菜单Window - Package Manager，打开Package Manager窗口。

点击Packages，选择Unity Registry， 然后搜索Universal RP，点击Install按钮，等等安装完毕。

2、创建Pipeline Assets

在Project窗口中右键 - Create - Rendering - Universal Render Pipeline - Pipeline Asset (Forward Renderer)，即可创建一个Pipeline Assets资源：UniversalRenderPipelineAssets。

3、设置Pipeline Assets

点击菜单 Edit - Project Settings，弹出Project Settings窗口，点击Graphics，将上面创建的UniversalRenderPipelineAssets拖到Scriptable Render Pipeline Settings中。

四、ShaderGraph入门：PBR Graph的简单使用

1、创建PBR Graph

在Project窗口中右键-Create-Shader-PBR Graph，即可创建一个PBR Graph脚本。

双击PBRShaderGraph文件，即可打开编辑窗口

2、创建一个颜色变量

点击左上角的属性窗口中的+号可以创建变量，这里我们创建一个Color变量。

如下，出现了一个Color变量，我们可以设置默认颜色，如下设置了红色

3、将Color变量连到Master节点中

将变量拖动到操作区中

将Color节点连到PBR Master节点的Albedo插槽中，即可看到预览窗口中的模型的表面已变成了红色。

4、保存ShaderGraph文件

点击Save Asset即可保存ShaderGraph文件。

5、将ShaderGraph赋值给Material材质球

创建一个Material材质球：PBRTestMaterial，然后直接将ShaderGraph文件拖动到材质球文件上即可。

材质球上，可以看到我们在ShaderGraph中创建的Color变量，通过变量可以调整材质球的颜色。

6、将材质球赋值给3D模型

在Hierachy窗口中右键 - 3D Object - Capsule，创建衣蛾胶囊体模型

将材质球赋值给胶囊体的材质属性中，即可看到胶囊体变成了红色 调整材质球的Color变量，胶囊体的颜色也相应的发生变化。

五、ShaderGraph进阶：实战特效案例

1、模型裁切，主要节点、Position、AlphaClip

原理：AlphaClip的值如果比Alpha的值大，则会不显示

进阶：在裁剪的基础上添加裁剪边缘光 首先利用Smoothstep做出一个边缘渐变

Smoothstep：如果输入In的值分别在输入Edge1和Edge2的值之间，则返回0和1之间的平滑Hermite插值的结果。如果输入In的值小于输入Step1的值，则返回0；如果大于输入Step2的值，则返回1 。

然后将边缘渐变和颜色叠加，连到PBR Master的发光插槽Emission上

2、模型溶解，主要节点：Simple Noise、AlphaClip

原理：AlphaClip的值如果比Alpha的值大，则会不显示

进阶：溶解边缘添加发光，原理就是对Noise噪声做两个Step，然后相减，再乘个颜色，连到Emission发光节点上。

3、边缘光效果，主要节点：Fresnel Effect

原理：Fresnel Effect，菲涅耳效应，根据观察角度产生不同反射率从而对表面效果产生影响，当你靠近时，会反射更多的光。菲涅耳效应节点通过计算表面法线与视线方向的夹角来近似。这个角度越大，返回值越大。这种效果经常被用来实现边缘照明，这在很多艺术风格中都很常见。

进阶：带方向的菲涅尔边缘光效果

4、卡通阴影色块效果，主要节点：Normal Vector、Dot Product、Sample Gradient

原理：使用Sample Gradient设置几个阴影色块颜色

5、表面水纹叠加，主要节点：Tilling And Offset、Lerp

原理：通过Tilling And Offset节点的Offset来控制水纹的UV偏移，然后再使用Lerp将水纹和主贴图做一个线性差值

6、积雪效果，主要节点：Nomal Vector、Dot Product

原理：使用一个向上的 Vector3和 模型的 Normal Vertor(法线向量) 点乘，得到的是 一个标量，表示模型法线向量和垂直向量的夹角（方向的相似度），然后通过 Step过滤得到要显示白色的部分，将要显示的 白色部分再和一个噪声相乘后输入到Master的Emission发光槽中。

7、不锈钢效果、冰晶效果，主要节点：View Direction、Tilling And Offset、Simple Noise

原理：由View Direction视角移动， 引发Tilling And Offset节点 移动 贴图，产生的效果。注意View Direction使用Tangent切线空间。该效果也可用于冰晶效果。

8、UV抖动效果，主要节点：UV、Simple Noise、Split

原理，使用Split将UV分开成x和y两个分类，对x分类做一个噪音抖动，最后和y再合并作用到主贴图的UV上。

9、水面上下波动效果，主要节点：Gradient Noise、Position

原理：使用Gradient Noise随机噪声，再通过一个 Normal Vector结点，代表垂直于物体的法向量，接着，对Position进行一个叠加。

注意Normal Vector和Position的Space都选择Object空间

10、红旗飘飘效果，主要节点：Simple Noise、UV、Position

原理：通过噪声的UV移动，形成一个动态移动的噪声，作用到Position上，为了让旗的根部所以在通过一个UV的x分量来限制根部的噪音。

11、马赛克效果，主要节点：UV、Posterize

原理：Posterize的作用是色调分离。

通过，我们可以知道Posterize这个节点的公式为：

void Unity_Posterize_float4(float4 In, float4 Steps, out float4 Out){
       Out = floor(In / (1 / Steps)) * (1 / Steps);}

根据公式，我们也可以自己实现马赛克效果

12、无贴图水球效果，主要节点：UV、Ellipse、Step

原理：通过UV的y方向构造一个垂直渐变的UV，作为噪声的Step边缘，形成一条波浪，最后差值两个颜色，再用形状做裁切。

13、无贴图火焰效果，主要节点：Voronoi、Tiling And Offset、Blend

原理：通过两个Voronoi的融合，得到类似火焰向上燃烧的形状，再通过UV和一个Vector 2的Distance制造两个圆形区域，分别作为火焰内心和外围的区域，再合火焰形状相乘，最后再乘上颜色。

14、无贴图旋涡效果，主要节点：Twirl、Voronoi

原理：使用Twirl对Voronoi产生一个旋涡形状。

15、无贴图闪电效果，主要节点：Simple Noise、Rectangle

原理：噪声通过Rectangle后，可以形成类似闪电的形状。

一个UV向下移动的噪声和一个UV向上移动的噪声相加，再通过Rectangle，则可以形成动态闪电效果。

16、全息效果，主要节点：Position、Fraction、Time、Fresnel Effect

原理：通过Fraction获取Position的y分量得到一个条纹效果，再通过UV移动得到一个扫描的效果，最后和菲涅尔效果叠加。

17、水波纹效果，主要节点：UV、Sine

原理：通过UV和Sine构造一个圆心向外扩散的效果，再作用到贴图的UV上。

18、高斯模糊

具体实现参见我这篇文章：

19、自发光

具体实现参见我这篇文章：

20、粒子系统溶解效果

具体实现参见我这篇文章：

21、物体靠近局部溶解效果

具体实现参见我这篇文章：

22、2D描边效果

具体实现参见我这篇文章：

23、子弹拖尾效果

具体实现参见我这篇文章：

24、在模型上涂鸦

具体实现参见我这篇文章：

25、刮刮乐效果

具体实现参见我这篇文章：

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待续

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更：2021-4-8

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