ShaderGraph节点解析(五十九):汇聚 2D 纹理节点（Gather Texture 2D Node）详解-优快云博客

汇聚 2D 纹理节点（Gather Texture 2D Node）是 Unity Shader Graph 中用于采样纹理相邻像素的专业工具。它通过指定采样点，提取周围 4 个相邻像素的红色通道（R 通道），并以RRRR的形式返回（每个通道对应一个相邻像素的 R 值）。与常规纹理采样（读取 RGBA 四通道）不同，该节点专注于相邻像素的单通道信息，适用于自定义双线性插值、模糊效果、边缘检测等需要精细控制像素间过渡的场景。其核心优势在于：

精细像素采样：一次性获取 4 个相邻像素的 R 通道值，为像素级操作提供基础数据
自定义插值支持：突破常规双线性插值限制，实现个性化的像素混合逻辑
全管线兼容：支持内置渲染管线、URP 和 HDRP，确保跨项目一致性

二、节点结构详解

2.1 输入端口

端口名称	类型	绑定	描述
Texture	Texture 2D	无	待采样的目标纹理
UV	Vector 2	UV	采样点的 UV 坐标
Sampler	SamplerState	无	采样状态（过滤模式、寻址模式等）
Offset	Vector 2	无	像素级偏移量（单位为像素，非 UV 空间），用于调整采样点位置

2.2 输出端口

端口名称	类型	描述
RGBA	Vector 4	4 个相邻像素的 R 通道值，格式为`(R1, R2, R3, R4)`，对应 4 个邻居的 R 值
R	Float	第一个相邻像素的 R 通道值（采样点左下邻居）
G	Float	第二个相邻像素的 R 通道值（采样点左上邻居）
B	Float	第三个相邻像素的 R 通道值（采样点右上邻居）
A	Float	第四个相邻像素的 R 通道值（采样点右下邻居）

三、技术原理解析

3.1 采样逻辑基础

汇聚 2D 纹理节点的核心功能是对纹理中顶层 MIP 层级（最高分辨率）的 2×2 像素块进行采样，提取每个像素的红色通道（R），并按固定顺序返回。其采样范围与常规纹理采样的双线性插值区域一致，但不进行插值计算，而是直接返回原始像素值。

采样顺序：按逆时针方向返回 4 个相邻像素，起始于采样点的左下方向，顺序为：
1. 左下邻居（R 输出）
2. 左上邻居（G 输出）
3. 右上邻居（B 输出）
4. 右下邻居（A 输出）

3.2 HLSL 实现与平台适配

核心函数：节点基于 HLSL 的Gather内在函数实现，该函数专门用于提取 2×2 像素块的单通道值。
平台兼容性：
- 在不支持Gather函数的平台上，Shader Graph 会自动使用近似算法模拟效果。
- Metal 图形 API：采样 / 汇聚操作的偏移量（Offset）需为整数（int2），且范围限制在[-8, 7]，超出范围会被自动截断。

3.3 与常规采样的差异

特性	汇聚 2D 纹理节点（Gather Texture 2D）	常规 2D 纹理采样节点（Sample Texture 2D）
采样内容	4 个相邻像素的 R 通道（返回 RRRR）	单像素的 RGBA 四通道
插值处理	不插值，返回原始像素值	双线性 / 三线性插值（取决于采样状态）
MIP 层级使用	仅使用顶层 MIP（最高分辨率）	可根据距离自动选择 MIP 层级

四、应用场景与实战案例

4.1 自定义模糊效果

场景：通过平均相邻像素实现简单模糊

需求：不依赖内置模糊函数，通过汇聚节点手动实现模糊效果

实现步骤：

hlsl

// 汇聚4个相邻像素的R通道值
float4 gathered = GatherTexture2DNode.RGBA; // (R1, R2, R3, R4)

// 计算平均值（模糊效果）
float blurredR = (gathered.r + gathered.g + gathered.b + gathered.a) / 4.0;

// 扩展到RGB通道（假设纹理为灰度图或RGB通道值相同）
float3 blurredColor = float3(blurredR, blurredR, blurredR);

4.2 边缘检测效果

场景：通过相邻像素差异识别边缘

步骤：

hlsl

// 汇聚相邻像素
float4 neighbors = GatherTexture2DNode.RGBA;

// 计算像素差异（边缘处差异较大）
float maxDiff = max(
    abs(neighbors.r - neighbors.g), 
    abs(neighbors.b - neighbors.a)
);

// 边缘阈值判断
float edge = maxDiff > _EdgeThreshold ? 1.0 : 0.0;

// 应用边缘颜色
float3 finalColor = lerp(baseColor, _EdgeColor, edge);

4.3 自定义双线性插值

场景：替换默认插值逻辑，实现风格化过渡

实现：

hlsl

// 获取4个相邻像素R值
float r1 = GatherTexture2DNode.R; // 左下
float r2 = GatherTexture2DNode.G; // 左上
float r3 = GatherTexture2DNode.B; // 右上
float r4 = GatherTexture2DNode.A; // 右下

// 自定义插值权重（基于UV小数部分）
float2 uvFrac = frac(uv * _TextureSize); // UV的小数部分（0~1）
float w1 = (1 - uvFrac.x) * (1 - uvFrac.y); // 左下权重
float w2 = (1 - uvFrac.x) * uvFrac.y;       // 左上权重
float w3 = uvFrac.x * uvFrac.y;             // 右上权重
float w4 = uvFrac.x * (1 - uvFrac.y);       // 右下权重

// 自定义插值结果
float customLerpR = r1*w1 + r2*w2 + r3*w3 + r4*w4;

4.4 动态模糊 / 清晰切换

场景：通过 Lerp 节点混合原始纹理与模糊纹理

核心逻辑：

hlsl

// 原始纹理采样
float3 originalColor = SampleTexture2DNode.Out;

// 汇聚节点生成的模糊纹理
float3 blurredColor = float3(blurredR, blurredR, blurredR);

// 动态切换（T=0为原始，T=1为模糊）
float3 finalColor = lerp(originalColor, blurredColor, _BlurAmount);

五、使用技巧与注意事项

5.1 偏移量（Offset）的合理使用

作用：调整采样点的位置，用于偏移采样区域（如模拟运动模糊的拖影效果）。
示例：Offset = float2(1, 0) 表示向右偏移 1 个像素采样。
限制：Metal 平台需使用整数偏移，且范围为[-8, 7]，其他平台可使用小数但实际效果为整数偏移。

5.2 与其他节点的配合策略

与 UV 节点配合：通过 UV 缩放 / 偏移控制汇聚区域，例如：

hlsl

float2 scaledUV = uv * _Scale + _UVOffset; // 缩放UV扩大采样范围
float4 gathered = GatherTexture2DNode.Out; // 使用缩放后的UV采样

与 Lerp 节点配合：动态混合原始纹理与汇聚处理后的效果（如模糊 / 清晰切换），参考 4.4 案例。

5.3 性能优化建议

减少采样次数：单次汇聚节点即可获取 4 个像素信息，避免多次调用常规采样节点。
限制采样范围：避免在大纹理或高频调用中使用，汇聚操作的计算成本高于常规采样。
配合 MIP 裁剪：若纹理存在多层 MIP，可手动限制为顶层 MIP（通过采样状态设置），减少层级判断开销。

六、总结与拓展应用

汇聚 2D 纹理节点通过提供 4 个相邻像素的原始 R 通道值，为 Shader 开发提供了精细化控制像素交互的能力，其核心价值在于：

自定义插值自由：突破内置采样的插值限制，实现风格化像素过渡效果。
轻量特效实现：无需复杂后处理，直接在片段着色器中实现模糊、边缘检测等效果。
跨平台兼容性：自动适配不同图形 API，降低多平台开发成本。

拓展方向：

实现运动模糊：结合时间偏移（_Time）和 Offset 参数，采样不同时刻的相邻像素。
开发风格化滤镜：通过自定义权重混合相邻像素，模拟油画、像素化等效果。
优化碰撞检测：在 GPU 中通过像素差异判断物体边缘，辅助物理碰撞计算。