[Vector3节点]原理解析与实际应用

在Unity的Shader Graph可视化着色器编辑器中,Vector 3节点是一个基础且功能强大的构建块,它允许开发者在着色器中定义和操作三维向量值。这个节点在URP(Universal Render Pipeline)项目中尤为重要,因为它为处理颜色、位置、法线和其他三维数据提供了灵活的方式。

Vector 3节点的基本概念

Vector 3节点在Shader Graph中代表一个三维向量,通常用于表示三维空间中的方向、位置或颜色值(RGB)。该节点的核心功能是将三个独立的浮点数值组合成一个三维向量,或者提供一个固定的三维向量常量供着色器使用。

在数学上,Vector 3可以表示为 (x, y, z),其中每个分量都是一个浮点数。在计算机图形学中,这种数据结构用途广泛:

表示三维空间中的点或方向

存储RGB颜色值

描述表面法线

表示纹理坐标

存储各种参数和属性

Vector 3节点的独特之处在于它的灵活性。当所有输入端口都未连接时,它作为一个常量向量;当部分或全部端口连接了其他节点时,它成为一个动态的向量组合器,能够根据输入实时计算输出值。

节点端口详解

Vector 3节点包含四个主要端口,每个端口都有特定的功能和用途。

输入端口

X输入端口

类型:Float(浮点数)

功能:接收向量X分量的值

使用场景:当需要动态控制向量的X分量时使用此端口

典型应用:控制颜色的红色通道、位置的X坐标或法线的X分量

Y输入端口

类型:Float(浮点数)

功能:接收向量Y分量的值

使用场景:当需要动态控制向量的Y分量时使用此端口

典型应用:控制颜色的绿色通道、位置的Y坐标或法线的Y分量

Z输入端口

类型:Float(浮点数)

功能:接收向量Z分量的值

使用场景:当需要动态控制向量的Z分量时使用此端口

典型应用:控制颜色的蓝色通道、位置的Z坐标或法线的Z分量

输出端口

Out输出端口

类型:Vector 3(三维向量)

功能:输出由X、Y、Z分量组成的完整三维向量

使用场景:将组合后的向量传递给其他需要Vector 3类型输入的节点

连接目标:可以是任何接受Vector 3输入的节点,如位置输入、颜色输入或数学运算节点

节点工作模式

Vector 3节点有两种主要工作模式,取决于输入端口的使用情况。

常量向量模式

当所有输入端口(X、Y、Z)都没有连接外部节点时,Vector 3节点工作在常量向量模式。在这种情况下,节点使用在节点属性中设置的固定值作为输出。

常量向量模式的特点:

输出值在着色器执行期间保持不变

适用于不需要动态变化的向量值

性能最优,因为值在编译时确定

通过节点检视面板直接编辑各分量值

使用常量向量模式的典型场景:

定义固定的颜色值

设置不变的偏移量或参数

指定默认的方向或位置

作为测试或调试用的固定值

动态向量模式

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当一个或多个输入端口连接了其他节点时,Vector 3节点工作在动态向量模式。此时,节点的输出值会根据输入端口的值实时计算。

动态向量模式的特点:

输出值在着色器执行期间可能变化

允许基于其他计算结果的动态向量构建

提供更大的灵活性和交互性

可能对性能有轻微影响,取决于输入节点的复杂度

使用动态向量模式的典型场景:

基于时间或其他参数动态变化的颜色

根据顶点位置计算的法线向量

由多个输入组合而成的复杂向量

响应玩家输入或游戏状态变化的向量值

生成的代码解析

Vector 3节点在Shader Graph背后生成的HLSL代码相对简单但非常重要。理解这些生成的代码有助于深入掌握着色器的工作原理。

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