【Unity3D】Shader Graph简介

1 Shader Graph 简介

        Shader Graph 是 Unity 官方在 2018 年推出的 Shader 制作插件，是图形化的 Shader 制作工具，类似于 Blender 中的 Shader Editor 和 UE 中的 Material Editor，它使用流程图的形式表达顶点变换和片元着色的流程。

        Shader Graph 主要支持的渲染管线是 URP（Universal Render Pipeline）和 HDRP（High Definition Render Pipeline），它与 built-in 管线（Forward 和 Deffered）不兼容。

2 Shader Graph 环境搭建

        对于 URP 模板和 HDRP 模板创建的项目，会自动安装 Universal RP 插件，并配置 Universal Render Pipeline Asset；对于 3D 模板创建的项目，需要手动安装 Universal RP 插件，并配置 Universal Render Pipeline Asset。

        1）下载 Universal RP 插件

        依次点击【Window → Package Manager】打开包管理器，下载 Universal RP 插件，如下。

        2）配置 Universal Render Pipeline Asset

        在 Assets 目录下创建 URP Settings 目录，在该目录下右键，弹出菜单栏，依次点击【Create → Rendering → URP Asset (with Universal Renderer)】，会生成以下两个文件，如下。

        依次点击【Edit → Project Settings → Graphics】，将上述创建的 Universal Render Pipeline Asset 文件拖拽到 Scriptable Render Pipline Settings 中，如下。

        配置完后，Main Camera 对象下面会自动添加 UniversalAddtionalCameraData 组件，Directional Light 对象下面会自动添加 UniversalAddtionalLightData 组件。

3 Shader Graph 窗口介绍

        1）创建 Shader Graph

        在 Assets 窗口右键，弹出菜单栏，依次选择【Create → Shader Graph → URP】，再选择 Lit Shader Graph 或 Unlit Shader Graph，创建 Shader Graph。

        Lit Shader Graph 和 Unlit Shader Graph 的区别是：前者带有光照模型，并且是基于物理的光照模型（PBR），用法类似于表面着色器；后者不带光照模型，需要自己写光照计算流程。

        2）Shader Graph 窗口组成

        Shader Graph 由 Blackboard、Graph Inspector、Main Preview、Vertex、Fragment、Node 等模块组成（前 3 个模块可以通过右上角的按钮控制显示和隐藏），如下。  编辑好 Shader Graph 后，点击左上角的 Save Asset 按钮保存。

• Blackboard：用于创建外部属性，相当于 Shader 中的 Properties，可以创建 Float、Vector2~4、Color、Boolean、Gradient、Texture2D、Texture2D Array、Texture3D、Cubemap、Matrix2~4 等类型变量。
• Graph Inspector：包含节点设置和图设置两个选项卡，节点设置中可以设置节点命名、参数值域、默认值等信息；图设置中可以设置着色器数值计算精度、支持的渲染管线、Built-in 和 Universal 管线参数等。
• Main Preview：用于预览着色器渲染效果，在该窗口右键，可以选择预览的模型。
• Vertex：顶点着色器，顶点变换、法线变换、切线变换在这里进行。
• Fragment：片元着色器，光照计算、贴图在这里进行，在 Graph Inspector 窗口的 Graph Settings 选项卡里的 Material 中可以选择 Lit（PBR 光照模型）或 Unlit（无光照模型）的片元着色器。
• Node：节点，在 Shader Graph 窗口的空白区域右键，选择 Create Node，创建相应节点，节点类型主要有 Artistic（对比度、饱和度、白平衡等美术调整）、Channel（合并和分离通道）、Input（顶点位置、颜色、法线、时间等输入）、Math（加减乘除等数学运算）、Procedural（噪声、圆形、多边形等程序纹理）、Utility（逻辑运算、Infinite 无穷大检验、Na​N 合法数值检验、自定义函数等实用工具）、UV（鱼眼扭曲、球形扭曲、旋转贴图等 uv 变换）。

4 Shader Graph 简单案例

4.1 纯色着色

        创建 Unlit Shader Graph，重命名为 My Unlit Shader Graph。双击打开 My Unlit Shader Graph 文件，在 Blackboard 窗口新建 Color 变量，并重命名为 _Color。

         将 _Color 变量拖拽到空白区域，并与 Base Color 相连，选中 _Color 后，在 Node Settings 中设置默认颜色，如下。点击左上角的 Save Asset 按钮保存编辑。

         在 Assets 窗口创建材质，重命名为 UnlitMat，将 My Unlit Shader Graph 文件拖拽到 UnlitMat 中，并设置颜色为绿色，如下。

        在场景中创建 Cube 和 Sphere，修改其材质为 UnlitMat，显示如下。

4.2 漫反射着色

        在 4.1 节的基础上，修改 My Unlit Shader Graph 文件如下。 

        其中 MainLight 是自定义函数，选中 MainLight，在 Node Settings 中配置如下，SHADERGRAPH_PREVIEW 用来判断是否是预览窗口。

#if SHADERGRAPH_PREVIEW
    Direction = half3(0.5, 0.5, 0);
    Color = half4(1, 0, 0, 1);
#else
    Light light = GetMainLight();
    Direction = light.direction;
    Color = light.color;
#endif

         显示效果如下。

4.3 贴图

        在 4.1 节的基础上，修改 My Unlit Shader Graph 文件如下。 

         在 Assets 窗口创建 2 个材质，分别重命名为 CubeMat、SphereMat，将 My Unlit Shader Graph 文件拖拽到 CubeMat 和 SphereMat 材质中，并设置纹理图片，将 CubeMat 和 SphereMat 分别拖拽到 Cube 和 Sphere 对象上，显示效果如下。