Unity 2018.3 Shader Graph着色器视图新功能：Lit Master Node
随着Unity 2018.3正式版本的发布，Shader Graph着色器视图为高清晰渲染管线HDRP加入了一个全新的主节点Lit Master，它能够帮助开发者使用到HDRP中许多高级着色器功能。
Unity 2018.3正式版中更新了HD Lit高级功能（HD Lit Advanced Features），简称HD Lit AF，包括：涂层遮罩、晕彩、半透明、次表面散射和各向异性。
本文将介绍其中的一些高级功能，并展示如何使用它们在使用Shader Graph着色器视图中的HDRP创作精美的资源。
请访问GitHub下载本文的示例项目，该示例项目包含一个盆景和蝴蝶，项目中大量使用了晕彩和半透明效果。
Shader Graph着色器视图示例项目下载：
https://github.com/natalieburke/ShaderGraphFeatureDemo_LitMasterNode
快速入门
在开始创作精美的场景前，我们需要注意二个重要事项：
Lit Master Node仅在高清晰渲染管线HDRP中运行。
轻量级渲染管线LWRP中没有用于此节点的高级着色选项。如果你只需要PBR表面的基本输入，建议继续使用PBR主节点。
创建HDRP场景的最快速方法是在Unity启动器或Unity Hub上选择High-Definition RP模板。蝴蝶示例项目也使用了HDRP。
使用High-Definition RP模板创建新项目时，建议将项目中的HDRP版本由4.1.0-preview更新为4.6.0-preview。
更新HDRP版本时，请依次点击Window > Package Manager来启动资源包管理器。然后从资源包列表选择High Definition RP资源包，此时在窗口右上方会有Update to按钮。在该按钮右侧选择4.6.0版本，然后单击Update to按钮。
使用HDRP项目时，你可以点击菜单Create > Shader > Lit Graph创建全新的HD Lit着色器视图。成功创建后，你会看见一些新的输入选项。
如果你在HDRP中使用过HD Lit材质，这些选项大致上差不多。如果你没有使用过该材质，BentNormal和CoatMask对你来说或许是陌生的概念。
如果将CoatMask值提高到0以上（最大值为1），会为表面添加清晰的“涂层”效果。这意味着对象表面上会有类似封蜡的半透明薄层。
你可以想象一下在网格上绘制环氧树脂涂层的效果，涂层遮罩的一个常见用途是创建材质来模拟汽车涂料外观。
下图的苹果上材质的CoatMask值由0～1逐渐变化效果。
虽然CoatMask是Lit Master Node的默认输入，但请确保仅在该功能对项目非常重要时使用它来实现效果，因为将CoatMask值增大到0以上会增加着色器的性能消耗。
BentNormal允许输入特殊类型的贴图，以改善资源的间接光照（GI）效果。在与AO贴图结合使用时，BentNormal 会提供镜面遮蔽效果，这意味着我们可以向网格上的反射添加遮蔽效果。你可以通过Substance Designer、XNormal或Knald等软件生成弯曲法线贴图。
为了对弯曲法线贴图进行镜面遮罩，必须将着色器设置中的Specular Occlusion Mode（镜面遮蔽模式）设为From AO And Bent Normal（来自AO和弯曲法线）。你可以单击Shader Graph着色器视图主节点右上角的齿轮图标，来访问这些设置。
镜面遮蔽有四个模式选项：Off（关闭）、From AO only（仅来自AO）、From AO and Bent Normal（来自AO和弯曲法线）和Custom（自定义）。
选择Custom 会在主节点创建新输入，从而为用户提供对镜面遮蔽的完整控制。例如：对该输入插入0会禁用所有反射。
主节点的设置菜单和Lit AF选项一起加载。你可以在此选择准备在Shader Graph着色器视图利用的高级材质类型，并设置其它实用的表面信息，例如：表面是不透明还是半透明。
修改这些设置会向主节点添加额外输入选项，根据启用的设置组合，你最后可能会得到一个非常庞大的节点以及性能开销很大的着色器。
下图是Lit AF选项展示。
示例项目的高级材质
蝴蝶示例项目大量使用了晕彩和半透明二个高级材质类型。我们首先看看蝴蝶的效果。
蝴蝶的翅膀由细小鳞片的多个图层组成的复杂表面，这些图层会使人眼感觉蝴蝶翅膀呈现粉尘状。鳞片拥有非常高的反射率，并位于几丁质层的表面。
几丁质是一种半透明蛋白质，它是昆虫外骨骼的主要组成部分。这些生物知识在应用于着色模型时，意味着蝴蝶翅膀是半透明的，并具有晕彩效果和金属质感。
晕彩是特定表面的颜色随着表面光照角度变化而逐渐改变的现象，它是仅在HDRP中可用的高级着色功能之一。
下图展示了晕彩的实际效果，我们利用晕彩效果来改变蝴蝶扇动翅膀时的颜色。
在将材质类型（Material Type）切换为晕彩（Iridescence）时，会在材质节点出现二个新选项：IridescenceMask（晕影遮罩）和IridescenceThickness（晕影厚度）。
你可以使用这个简单的视图来轻松查看二个新输入的效果。
下图是不同晕彩厚度（Iridescent Thickness）值的变化效果。你可以看到晕影遮罩值从0到1（黑色到白色）调节时，晕影效果强度的变化，以及晕影厚度如何改变由晕影效果创建的颜色渐变。
如果你想在使用晕影时，使效果准确符合物理规则，IridescenceThickness值的单位需要设置为纳米（nm），相关输入的0-1数值范围会重新映射为0-3000nm。
下图是一只大闪蝶，它的翅膀背面是完全不同的颜色和图案。为了实现这种效果，我们在二组翅膀使用了面朝相反方向的法线。
为了实现光线穿透翅膀的效果，翅膀底面使用了半透明材质类型进行着色。半透明材质会模拟光线穿过表面的效果，并通过使用厚度图和散射配置文件，改变光线的强度。
我们有三种材质类型使用散射配置文件：Subsurface Scattering（次表面散射材质）、Subsurface Scattering with Transmission（带有透光效果的次表面散射材质）和Translucent（半透明材质，它只有透光效果）。
透光（Transmission）指光线可以完全穿透对象并从另一侧射出。利用透光效果的材质提供了一个选项，通过添加厚度图来调节穿过表面的光线强度。
了解次表面散射的概念及其使用方法，有助于了解如何使用散射配置文件。
次表面散射（Subsurface Scattering）适用于半透明表面。这类表面类型包括：树叶、水果、蔬菜、宝石、布料、牙齿、眼睛和皮肤。当光线进入这些材质的表面时，它会在材质中散射，然后从表面的不同位置射出。
利用次表面散射的表面将呈现出整体光照效果的柔化，光线会渗透到附近区域，而且较小的表面细节会变得模糊。
光线在对象中渗透得越远，光照的衰减和散射效果越强。光线可以渗透的“距离”是由厚度图控制的数值，数值越小，次表面散射的效果越明显。
你可以手动绘制厚度图，也可以在Substance Designer或Maya等其它软件生成厚度图。生成厚度图时，需要反转网格表面法线，烘焙环境遮蔽，然后反转环境遮蔽贴图。
散射的总量、角度、产生的颜色以及由光线渗出的颜色都由散射配置文件控制。HDRP中，散射配置文件设置（Diffusion Profile Settings ）是一种独特的资源，它保存着散射配置文件。
如果你正使用示例项目，或是通过项目模板创建HD项目，你就已经拥有了散射配置文件设置资源。如果你需要新建该资源，可点击Create > Rendering > Diffusion Profile Settings进行创建。
你需要将其指定到高清渲染管线资源（HD Render Pipeline Asset）。通过点击Project Settings > Graphics > Scriptable Render Pipeline Settings，你可以轻松找到自己的HD资源。
如果设置资源存在，该资源会包含项目正在使用的散射配置文件设置的引用。
蝴蝶示例项目包含二个自定义散射配置文件：一个用于翅膀的背面，另一个用于树叶。散射配置文件包含大量自定义选项，可以控制光照如何在网格中散射。
散射距离（Scattering Distance ）控制光线散射的强度和颜色。简而言之，这允许你根据对象的材质，控制每个颜色通道上光线的吸收量和反射量。例如：人类皮肤可以显示出红色，因为随着光线的散射，它会呈现皮肤下血液和组织的颜色。
折射率（Index of Refraction）与光进入表面时的弯曲角度相关。折射率是可测量数值，例如：人类皮肤的折射率为1.4，其它多数材质的折射率在1.3～1.5之间。
纹理模式（Texturing Mode）仅适用于使用次表面散射的对象。多数情况下，开发者会使用预散射和后期散射，因为它会使反照率模糊，从而柔化光照的效果。如果反照率由于已有的次表面散射而包含柔化效果，你可以只使用后期散射。
其余选项只会在使用透光材质类型，即Translucent 或Subsurface Scattering with Transmission时可用。修改透光模式（Transmission Mode ）将改变阴影使用的逻辑。对于树叶等厚度较薄的物体，你应该仅使用Thin 选项，而对于其它情况，请使用Regular选项。
透光色调（Transmission Tint）是用于透出光线的附加颜色，它会与已有的散射颜色混合。厚度重映射可以让你将0到1的厚度图重新映射到资源适用的范围。
对于较薄的物体，例如：蝴蝶翅膀和树叶，使用Translucency (Transmission only)即可。对于较大或较厚的物体，模拟光线进行散射并从表面其它位置射出的效果也很重要。此时应该使用Subsurface Scattering 或Subsurface Scattering with Transmission。
使用Shader Graph改善创作流程
使用Shader Graph着色器视图来实现这些高级着色功能可以大幅减少迭代时间。调整和改善视觉效果需要多次迭代，但是Shader Graph着色器视图的快捷工作流将使该过程更轻松。
Shader Graph着色器视图可以减轻特定纹理要求的大部分负担，所以我们只使用三个纹理就能实现理想的视觉效果：散射贴图，主体法线贴图和平铺细节法线贴图。
通过使用Shader Graph着色器视图并进行一些实验，我们发现可以重用散射贴图的通道，并重用法线数据来改变光滑度数值，不必制作额外的纹理。
不必编写代码给Shader Graph着色器视图，带来了快速迭代和实验的自由度。此外它能轻松调整属性和内部数值，实现了强大的迭代能力。例如：如果我们发现经常要修改某个数值，可以右键单击并选择Convert to Property（转换为属性）。现在，当保存着色器后，该属性会出现在通过该着色器创建的任意材质的检视窗口中。
在对蝴蝶的外表进行迭代时，我们最后将许多内部数值公开为属性。这让我们在游戏视图中通过使用准确的光照，后期处理效果和动画效果，来调整蝴蝶。
下面视频中，你可以看到通过公开参数调整蝴蝶视觉效果是多么简单。
最后，因为蝴蝶翅膀的二个面很相似，但需要使用不同材质类型和纹理，我们将翅膀逻辑转换为Subgraph（子视图），同时将可定义属性保留为输入。这让我们可以同时编辑翅膀的二个表面，即使它们是二个不同的高级材质类型。
Shader Graph着色器视图实现快速迭代的另一个案例是盆景的树叶。在为盆景树叶选择合适颜色时，我们改变了很多次想法。在构建该场景时，已经到了秋天，为场景营造秋天的氛围会很合适。在尝试许多颜色后，我们最后决定创建由绿色到橙色的过渡，就像树木正处于颜色变化的过程。
我们不想编辑树叶纹理，通过Shader Graph着色器视图，我们可以使用Gradient（渐变）节点来根据树木几何体的世界位置来改变颜色。不同高度的树叶会从Gradient节点接收不同的颜色。我们还添加噪声来破坏Gradient节点的一致性，使盆栽的外表看起来更自然有机。
所有这些改动都不需要使用纹理制作软件，这也意味着我们不需要烘焙颜色到纹理贴图中，我们可以重复使用贴图中的其它通道来满足灰度纹理的要求，例如：半透明厚度贴图。
如下图所示，通过用属性控制树叶的渐变效果，我们制作出了树叶在一段时间内改变颜色的动画。
结语
HD Lit Shader Graph着色器视图的主节点将为创作利用HDRP高级着色器选项的表面提供更多可能性。我们非常期待看到开发者利用全新HD Lit高级功能选项来实现的场景效果，这些选项已经在Shader Graph着色器视图工作流程中公开。
请持续关注Shader Graph着色器视图的更新，更多Unity技术分享，尽在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn) !
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