[Vector4节点]原理解析与实际应用

Vector 4节点是Unity URP Shader Graph中用于处理和定义四维向量的核心节点。在计算机图形学和着色器编程中,四维向量是最基本的数据结构之一,广泛应用于颜色表示、空间坐标、纹理坐标和各种数学计算中。掌握Vector 4节点的使用对于创建复杂的着色器效果至关重要。

Vector 4节点的基本概念

Vector 4节点在Shader Graph中扮演着多重角色,既可以作为常量向量的定义工具,也可以作为向量数据的组合和转换节点。理解其工作原理需要从向量的数学本质和在图形学中的应用场景入手。

四维向量在数学上表示为包含四个标量值的集合,通常写作(x, y, z, w)或(r, g, b, a)。在着色器编程中,这四个分量可以表示不同的含义,具体取决于使用上下文:

在颜色表示中,通常对应RGBA颜色值

在空间变换中,可以表示三维坐标加齐次坐标

在纹理采样中,可能表示纹理坐标和深度信息

在复杂数学运算中,可以打包多个相关参数

Vector 4节点的核心功能是提供一种灵活的方式来创建和操作这些四维向量,无论是通过直接输入常量值,还是通过连接其他节点的输出动态构建向量。

节点端口详解

Vector 4节点的端口设计体现了其灵活性和多功能性。每个端口都有特定的作用和适用场景,深入理解这些端口的使用方法对于充分发挥节点潜力至关重要。

输入端口

X输入端口

数据类型:Float(浮点数)

功能描述:定义输出向量的第一个分量

使用场景:当需要单独控制向量的X分量时使用,例如控制颜色的红色通道或位置的X坐标

典型应用:连接时间节点创建动态效果,连接纹理采样节点基于纹理值调整分量

Y输入端口

数据类型:Float(浮点数)

功能描述:定义输出向量的第二个分量

使用场景:控制向量的Y分量,如颜色的绿色通道或位置的Y坐标

特殊用法:在二维效果中,常与X端口配合使用创建平面坐标

Z输入端口

数据类型:Float(浮点数)

功能描述:定义输出向量的第三个分量

使用场景:处理三维空间相关的效果,如深度信息、法线向量的Z分量

注意事项:在二维效果中,有时会设置为固定值或用于存储额外参数

W输入端口

数据类型:Float(浮点数)

功能描述:定义输出向量的第四个分量

使用场景:通常用于特殊用途,如颜色的Alpha通道、齐次坐标的w分量

高级应用:在自定义光照模型中存储高光强度或其他材质属性

输出端口

Out输出端口

数据类型:Vector 4(四维向量)

功能描述:输出由输入分量组合而成的四维向量

连接目标:可以连接到任何接受Vector 4类型输入的端口

典型下游节点:颜色节点、位置节点、UV节点、数学运算节点等

使用模式与工作流程

Vector 4节点的使用可以分为几种典型模式,每种模式对应不同的着色器创作需求。

常量向量定义模式

当所有输入端口都未连接时,Vector 4节点充当常量向量定义器。这是最简单的使用模式,适用于定义固定的颜色值、位置偏移或其他不变的向量参数。

使用场景示例:

定义纯色材质的基础颜色

设置固定的纹理偏移量

指定不变的空间变换参数

定义材质的标准属性值

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操作步骤:

选择Vector 4节点并将其添加到Shader Graph中

在节点检查器中直接设置X、Y、Z、W分量的数值

将Out端口连接到目标属性

动态向量构建模式

当部分或全部输入端口连接到其他节点时,Vector 4节点成为向量组装工具。这种模式允许基于各种输入动态构建向量,是实现复杂着色器效果的关键。

典型构建方式:

从多个独立计算的结果组合向量

将不同来源的数据打包成单个向量

基于条件或计算修改向量的特定分量

将低维向量扩展为四维向量

分量替换模式

通过有选择地连接部分输入端口,可以实现向量分量的部分替换。未连接的端口使用默认值,连接的端口使用输入值,这种模式在修改现有向量的特定分量时非常有用。

应用实例:

修改颜色的Alpha通道而不影响RGB值

调整位置向量的高度分量(Y轴)

替换法线向量的特定分量

实际应用案例

颜色和透明度控制

在着色器开发中,Vector 4节点最常见的应用是定义和控制颜色。四维向量的四个分量自然对应颜色的RGBA通道。

基础颜色定义示例:

创建纯红色:X=1, Y=0, Z=0, W=1

创建半透明蓝色:X=0, Y=0, Z=1, W=0.5

定义材质的基础色属性

动态颜色控制:

使用时间节点驱动颜色变化,创建闪烁效果

基于顶点位置或UV坐标变化颜色

根据光照条件调整颜色饱和度

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