【ShaderGraph星球实战】制作类地行星_shader graph 实战-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/longstar777/article/details/145153160

前言

开个新坑，用ShaderGraph制作系列的星球，提供该方案的一种思路的参考。

行星渲染如果算原图，法线图，高光图三张的话，文件大小动辄几兆或者十几兆。如果要做多样化行星，需要更多贴图。

为了解决上面问题，本项目完全不采用任何贴图。相对贴图方案，本项目优势有：

1 文件体积非常小

2 可以随机变幻星球的样貌，这是贴图很难做到的，可以更好实现实时动态效果，比如地形的高低，海面，地表痕迹

3 不受贴图分辨率影响，高清渲染更好控制

感兴趣的朋友可以留下来看看，特别是喜欢科幻或者太空题材的小伙伴。

一、ShaderGraph图示

ShaderGraph就不做介绍了。先上图，再确定是否继续往下看

1.1、实例图

类型行星

1.2、全流程图

二、ShaderGraph具体流程

2.1、创建ShaderGraph

选择Lit ShaderGraph

进入后可以看到这个

2.2、vertex 端点

object space 是可以链接物体的入口

position 顶点位置（用于计算物体再空间中的坐标）

normal 顶点法线（用于光照计算和渲染过程中，以模拟光线反射的效果）

tangent 顶点的切线（用于控制顶点切线的方向和位置）

2.3、Fragment 是插值

base color 基础颜色

smoothness 物体表面细节的平滑程度

normal 物体的片段法线（三点为一个面片）

emission 物体自发光效果

ambient occlusion 物体的环境光遮蔽

metallic 物体的金属质感

2.4、行星地貌

类地行星中有着复杂地貌，我们用以下节点铺设地貌

one minus

表示用1减去某个值。通常用于颜色计算、透明度处理、反射率计算等，为实现各种视觉效果。

shader 中类似的效果

float alpha = 1.0 - textureColor.a;

Sphere Mask

用于生成一个球形遮罩效果。常用于实现局部光照、特效、或者将某个区域限制在球形范围内。

shader 中类似的效果

    float distanceTocenter = length(fragWorldPos - sphereCenter);

    float mask = smoothstep(sphereRadius, sphereRadius - smoothness, distanceTocenter 
  
    gl_FragColor = vec4(mask, mask, mask, tempNum);    // 应用遮罩值到颜色输出

        sphereCenter：球心的坐标的三维向量
        sphereRadius：球的半径
        smoothness：遮罩边缘的平滑度
        fragWorldPos：片元的世界坐标

normal from height

是法线高度图，在图中每个像素的亮度值表示表面的高度。可以计算出表面的法线向量，从而用于光照计算等效果，渲染高低视觉。

在shader 中

    // 采样当前像素和相邻像素的高度
    float heightCenter = texture(heightMap, texCoords).r;
    float heightRight = texture(heightMap, texCoords + vec2(texelSize.x, 0.0)).r;
    float heightUp = texture(heightMap, texCoords + vec2(0.0, texelSize.y)).r;
    float dHeightRight = (heightRight - heightCenter) * heightScale;
    float dHeightUp = (heightUp - heightCenter) * heightScale;
    vec3 normal;
    normal.x = -dHeightRight;
    normal.y = -dHeightUp;
    normal.z = 1.0;
    normal = normalize(normal);

2.5、行星山脉

渲染类型行星地貌更为复杂的山脉

normal vector

用于描述表面的朝向，垂直于表面，并且在光照计算、反射、折射等效果中起着关键作用。

在shader 中

mat3 normalMatrix = transpose(inverse(mat3(modelViewMatrix)));
vec3 worldNormal = normalMatrix * normal;

2.6、行星雪峰

给类型行星添加雪峰效果，让看起来更真实

blend

用于控制片元颜色与帧缓冲区中已有颜色如何结合的技术。混合通常用于实现透明效果、叠加效果、以及其他颜色混合操作。

在shader中

Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha//Alpha 混合
Blend One One//加法混合
Blend DstColor Zero//乘法混合
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha, One One//自定义混合

///-----------------------------

glEnable(GL_BLEND);// 启用混合
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);// 设置混合函数
glBlendEquation(GL_FUNC_ADD);// 设置混合方程

2.7、最终链接

三、ShaderGraph代码

3.1、变量

ShaderGraph 除了自己定义的变量，如，行星陆地，行星山脉，行星雪峰参数等。剩下是系统自己生成参数。

    Properties
    {
        _LandScale("LandScale", Range(-0.8, 0.2)) = -0.65
        _Land("Land", Range(-15, 30)) = 1
        _Treeland("Treeland", Range(10, 100)) = 10
        _MountainHigh("MountainHigh", Range(0, 2)) = 1.331
        _SeaColor("SeaColor", Color) = (0.07111073, 0.1009527, 0.8867924, 0)
        [HideInInspector]_QueueOffset("_QueueOffset", Float) = 0
        [HideInInspector]_QueueControl("_QueueControl", Float) = -1
        [HideInInspector][NoScaleOffset]unity_Lightmaps("unity_Lightmaps", 2DArray) = "" {}
        [HideInInspector][NoScaleOffset]unity_LightmapsInd("unity_LightmapsInd", 2DArray) = "" {}
        [HideInInspector][NoScaleOffset]unity_ShadowMasks("unity_ShadowMasks", 2DArray) = "" {}
    }

3.2、Tags

    Tags
        {
            "RenderPipeline"="UniversalPipeline"
            "RenderType"="Opaque"
            "UniversalMaterialType" = "Lit"
            "Queue"="Geometry"
            "DisableBatching"="False"
            "ShaderGraphShader"="true"
            "ShaderGraphTargetId"="UniversalLitSubTarget"
        }

3.3、Pass


        Pass
        {
            Name "Universal Forward"
            Tags
            {
                "LightMode" = "UniversalForward"
            }
        
        // Render State
        Cull Back
        Blend One Zero
        ZTest LEqual
        ZWrite On
        
        // Debug
        // <None>
        
        // --------------------------------------------------
        // Pass
        
        HLSLPROGRAM
        
        // Pragmas
        #pragma target 2.0
        #pragma multi_compile_instancing
        #pragma multi_compile_fog
        #pragma instancing_options renderinglayer
        #pragma vertex vert
        #pragma fragment frag

3.4、引用

        
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/Editor/ShaderGraph/Includes/Varyings.hlsl"
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/UnityGBuffer.hlsl"
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/Editor/ShaderGraph/Includes/PBRGBufferPass.hlsl"
        
        // --------------------------------------------------
        // Visual Effect Vertex Invocations
        #ifdef HAVE_VFX_MODIFICATION
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/VisualEffectVertex.hlsl"

Shader Graph 中自定义代码

如果有更复杂的需求（如动态加载资源），可以结合 Unity 的脚本功能实现