使用Shader Graph着色器视图制作动画材质

在Unity 2018.2中，我们给Shader Graph着色器视图加入了“Vertex Position”输入，允许你调整网格并设置网格动画。

本文将演示如何创建顶点动画着色器，并提供一些常见示例，例如：风和水着色器。如果你对Shader Graph着色器视图还比较陌生，可以阅读下面的文章：

下图是Desert Island Scene项目的场景，没使用任何纹理或动画资源，所有内容都通过使用Shader Graph着色器视图来着色和制作动画。

着色器是渲染管线中非常强大的一部分，它可以很好控制场景资源的展示效果。通过使用一系列输入和操作，我们可以创建着色器，修改资源上的各种渲染属性，例如：表面颜色和纹理，甚至是网格的顶点颜色。你还可以将这些内容组合成复杂而丰富的动画。

本文将演示如何制作顶点动画，介绍使用遮罩和属性的概念，最后讲解我们如何为Desert Island Scene项目制作着色器。

下载示例项目

下载Desert Island Scene示例项目:

https://github.com/UnityTechnologies/Test_ShaderGraphBlog

下载完毕后，请使用Unity 2018.2或更高版本启动该项目。你可以尝试使用和修改项目中的着色器。该项目包含学习使用Shader Graph着色器视图所需的所有内容。

Desert Island Scene场景中的每个着色器都是自定义构建的，请随意修改检视窗口中的着色器数值。每个对象都有预设文件，可以恢复默认数值。

安装Shader Graph着色器视图

使用Shader Graph着色器视图，你的项目必须满足以下要求：

• 在Unity 2018.2或更高版本上运行。

• 使用轻量级渲染管线或高清晰渲染管线，由于LWRP的编译速度更快，建议使用LWRP来进行尝试。

• 资源包管理器中已安装Shader Graph资源包。

为了安装Shader Graph着色器视图，需要创建Unity 2018.2或更高版本的项目，或是将项目更新至该版本，然后打开Window > Package Manager > All，在列表中找到Shader Graph，点击install。

如果材质没有在场景视图中播放动画，请勾选Animated Materials。

顶点位置（Vertex Position）的基础功能

在通过数学运算移动内容之前，我们需要理解要移动的内容是什么。

如下图所示，场景中的网格拥有四类空间（Space）：

• 对象（Object）：相对于网格轴心的顶点位置。

• 视图（View）：相对于摄像机的顶点位置。

• 世界（World）：相对于世界原点的顶点位置。

• 切线（Tangent）：用于解决一些特殊用例，例如：根据像素形成的光照。

你可以在Position节点的下拉列表中选择要修改的Space类型。

通过使用Split节点，我们可以选择要处理的通道。

Split节点输出四个通道，前三个通道对应Transform轴（R=X, G=Y, B=Z）。上面的示例中，我们分离对象的Y轴并加了1，使对象在该轴向上移动1个单位。

有时你可能希望在世界空间移动对象。请先在Position节点中选择World，然后使用Transform节点将输出结果转换回对象空间。

使用遮罩

现在我们已经确定了移动网格的方法，接下来了解如何限制效果。

通过使用Lerp这样的节点，我们可以混合二个数值。T输入是Lerp节点的控制值，当T输入为0时（显示为黑色），使用A通道。当T输入为1时（显示为白色），使用B通道。

下面的示例中，滑块用于在二个输入之间进行混合，以下示例可以用来代替滑块。

纹理遮罩

通过黑色和白色纹理，我们可以使用细节形状来推动网格。

下图示例中，白色表示范围的最大高度，黑色表示不对网格位置产生任何影响。这是因为黑色的数值为0，所以给网格位置加0不会使它移动。

如果需要带有独特形状或具有特定衰减程度的遮罩，纹理会特别有用。

UV遮罩

和纹理遮罩类似，你可以通过UV遮罩选择要处理网格的哪个部分，具体根据UV展开而定。

下图中，我们使用UV的U轴创建从左到右的渐变效果。如果要偏移渐变，使用Add节点；如果要提高强度，使用Multiply节点；如果要提高衰减程度，使用Power节点。

顶点颜色遮罩

每个顶点存储一个Vector3信息单元，我们称它为顶点颜色（Vertex Colour）。通过使用Poly Brush插件，我们可以直接在编辑器中绘制顶点颜色。或者，我们也可以使用3D建模软件，例如：3ds Max、Maya、Blender、3D Coat或Modo等来指定顶点颜色。

请注意：默认情况下，多数3D建模软件会导出带有RGB最大值的模型，这些RGB最大值会指定到各个顶点上。

下图中，Vertex Colour节点被分离为红色（R）通道，然后连接Lerp节点的T通道，用作遮罩。当输入为0时，使用Lerp节点的A通道，当输入为1时，使用B通道。实际使用中，如果顶点已指定了红色顶点颜色的话，上述设置只会给Y轴加1。

世界方向遮罩

通过使用Normal Vector节点，我们可以通过网格表面方向来遮蔽输入。Split节点允许我们选择需要作用的通道（R=X, G=Y, B=Z）。

下图中，我们使用Y轴来遮罩，所以只有方向朝上的表面为正值。重要的是，使用Clamp节点来去掉不在0～1范围的内的数值。

世界位置遮罩

如果对象的位置处于世界空间Y轴为0的位置之上，这一系列节点会遮蔽输入。

属性

在制作着色器时，可能很难为理想效果获取正确输入值。出于这个原因，同时也为了之后使用预制件和预设置进行自定义，我们需要使用属性。

属性允许我们编译着色器后修改着色器的数值。创建属性，请点击图中的 + 图标。属性共有六种类型：

• Vectors (1－4)：数值的字符串，带有Vector1的滑块选项。

• Color：带有颜色选择器的RGB值和可选的HDR版本。

• Texture2D（和Texture2D Array）：2D纹理示例

• Texture 3D：3D纹理示例

• Cubemap：生成的Cubemap示例

• Boolean：控制关或开的选项。等同于0或1。

Desert Island Scene示例

下面讲解为Desert Island Scene项目制作着色器的示例。

1

飘舞的旗帜

旗帜的着色器会在旗帜上使用正弦波平移对象空间，并使用UV遮罩来保持左侧的静止状态。

• 首先反转UV遮罩，将其与自身相乘，实现Y轴上平滑的渐变效果。这一步用于将旗帜的中心向远离船桨的方向弯曲。

• 然后生成对象空间的正弦波，它带有属性用于控制正弦波的振幅、频率和波速。正弦波被X轴上的UV遮罩遮蔽，以保持旗帜左侧的静止状态。

• 通过将Gradient Noise输出至Step函数，然后传入Alpha Clip Threshold，我们可以去掉一些像素来实现旗帜的残破效果。

2

风中的草和棕榈树叶

风着色器使用世界空间位置的Gradient Noise，沿着单个轴平移，实现轻轻吹动树叶和草丛的效果。

• 我们将Gradient Noise放在基于世界坐标的Y轴和X轴上。通过使用Vector2，我们可以控制偏移的速度和方向。

• 属性用于控制偏移的密度和强度。从Gradient Noise减去0.5可以确保网格被均等地推拉。

• UV遮罩用于保持树叶和草丛根部的静止状态。最后，使用Transform节点来将世界位置转换为对象位置。

3

腼腆的蚌

通过使用该着色器，我们可以计算摄像机和蚌之间的距离，然后将距离作为遮罩，用来旋转蚌的上半部分。

• 通过将游戏对象的位置和摄像机位置输入到Distance节点，我们可以创建遮罩。One Minus节点会反转距离，使我们在接近蚌的时候得到正值。Clamp节点会去掉大于1或小于0的值。

• 该UV遮罩只会选择蚌的上半部分，但多数情况下，使用顶点颜色遮罩更简单也更灵活。

• Lerp节点用于混合蚌的关闭和打开状态。Rotation会应用于游戏对象的Y轴和Z轴。使其绕着X轴旋转。

4

游动的鱼

此着色器中，我们使用了正弦波，它沿着对象的轴生成，实现鱼的摆动效果。我们会遮蔽了鱼的头部，使鱼头保持静止。

• 首先，该着色器会沿着对象空间的Y轴和Z轴生成正弦波，通过属性控制频率和波速。因为我们使用X轴和Y轴，鱼会沿着它的宽度和高度摆动。

• 然后乘以正弦波的输出结果，控制摆动的振幅、距离和强度，并将其添加到对象的X轴。

• 使用Lerp节点来遮蔽鱼的前面部分，同时还要使用X轴和UV通道。通过使用带有属性的Power节点，我们可以将摆动效果移动到鱼的后面部分。

5

海浪

最后是海浪着色器。该着色器会偏移网格顶部，使用三个不同大小和角度的正弦波，这三个正弦波也用于生成波谷和波峰。

• 首先在世界空间生成三个独立的正弦波，每个正弦波使用属性来控制波的振幅、频率、速度、收敛和旋转。

• 将三个正弦波和二个Add节点结合，然后乘以世界比例渐变，从而分解波峰的高度。结合后，正弦波会被添加到对象位置。

• 使用二个顶点遮罩来将正弦波限制在圆顶的顶部，然后在绘制泡沫时，将正弦波向下推回。

6

生成正弦波

• 通过分离X轴和Z轴，我们在二个方向生成了正弦波。然后使用二个倍数来设置每个正弦波的效果。例如：将Z通道乘以0，只会在X轴输出一个正弦波。
  

• 分离World Position节点到X轴和Z轴，然后将它们结合到Vector2，会得到世界空间中的UV空间。这会确定Gradient Noise在世界空间中的方向。通过将该输出添加到时间，我们偏移了正弦波，分解了原本的直线。

• Sine节点使用世界空间和时间来生成简单的正弦波，从而使波峰成为绝对节点，用于翻转负值。One Minus节点会反转这些数值，使波峰处于顶部。

特殊说明

本文所有着色器视图均提供高清版图片，受微信端限制无法显示，请点击［阅读原文］获取高清着色器视图。

如果需要关于Shader Graph着色器视图的详细文档，包括每个节点的说明，请查看GitHub上Shader Graph开发者Wiki。

https://github.com/Unity-Technologies/ShaderGraph/wiki

总结

希望学习完本文后，你也可以使用Shader Graph着色器视图做出了作品，记得可以在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn)与我们一同分享!

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