ShaderGraph节点解析(六十):采样立方体贴图节点（Sample Cubemap Node）详解

采样立方体贴图节点（Sample Cubemap Node）是 Unity Shader Graph 中用于对立方体贴图（Cubemap）进行采样的核心工具。它通过输入立方体贴图资源、世界空间方向向量、采样状态和细节层级（LOD），输出对应采样点的颜色值（Vector 4），是实现环境反射、天空盒渲染、折射效果等三维环境纹理交互的基础组件。其核心优势在于：

精准环境采样：基于世界空间方向向量定位立方体贴图的采样点，确保反射 / 折射方向的物理正确性
细节层级控制：支持通过 LOD 参数调整采样精度，平衡画质与性能
灵活采样配置：可自定义采样状态（过滤模式、寻址模式等），适配不同视觉需求

二、端口详解

2.1 输入端口

端口名称	类型	绑定	描述
Cube	Cubemap	无	待采样的立方体贴图资源
Dir	Vector 3	Normal (world space)	世界空间中的方向向量（如反射方向、法线方向），用于定位采样点
Sampler	Sampler State	Default sampler state	采样状态，控制过滤模式（如线性 / 点过滤）、寻址模式等
LOD	Float	无	采样的 MIP 层级，值越高，纹理越模糊（细节越少）

2.2 输出端口

端口名称	类型	描述
Out	Vector 4	采样得到的颜色值（RGBA）

三、技术原理解析

3.1 立方体贴图采样基础

立方体贴图由 6 张正交的 2D 纹理组成（对应正 / 负 X、Y、Z 轴方向），采样时需通过世界空间方向向量确定目标面和坐标：

方向向量分析：根据Dir向量的分量（x、y、z）绝对值大小，判断采样哪张面（如 x 绝对值最大则采样 X 轴方向的面）
坐标映射：将方向向量转换为对应面的 UV 坐标，公式示例（以 X 轴正方向面为例）：
采样执行：根据计算的 UV 坐标和 LOD 层级，从立方体贴图中读取颜色值

3.2 生成代码解析

节点的核心实现基于 HLSL 的立方体贴图采样函数，生成代码示例：

hlsl

float4 _SampleCubemap_Out = SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD(Cubemap, Sampler, Dir, LOD);

函数说明：SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD是 Unity 封装的立方体贴图采样函数，支持指定 LOD 层级，确保在不同距离下自动选择合适的 MIP 层级（值越高，纹理越模糊）。

3.3 LOD 参数的作用

LOD（Level of Detail）参数控制采样的 MIP 层级，影响纹理细节：

低 LOD 值（如 0）：使用最高分辨率的 MIP 层级，细节丰富，适合近距离物体
高 LOD 值（如 5）：使用低分辨率的 MIP 层级，细节简化，适合远距离物体或模糊效果
自动 LOD：若不指定 LOD，采样器会根据物体到相机的距离自动选择层级

四、应用场景与实战案例

4.1 环境反射效果

场景：金属材质的环境反射

需求：使金属表面反射周围环境，增强真实感

实现步骤：

hlsl

// 1. 获取世界空间视图方向和法线
float3 worldViewDir = normalize(WorldSpaceViewDir(vertex));
float3 worldNormal = normalize(WorldSpaceNormal(vertex));

// 2. 计算反射方向（世界空间）
float3 reflectionDir = reflect(-worldViewDir, worldNormal);

// 3. 采样立方体贴图（环境贴图）
float4 envColor = SampleCubemapNode.Out; // Cube=环境贴图，Dir=reflectionDir

// 4. 混合到金属材质
float3 metalColor = envColor.rgb * _MetallicIntensity;
o.Albedo = metalColor;

4.2 天空盒渲染

场景：使用立方体贴图作为天空盒

步骤：

hlsl

// 1. 获取世界空间视图方向（从相机指向天空）
float3 viewDir = normalize(WorldSpaceViewDir(vertex));

// 2. 采样天空盒立方体贴图
float4 skyColor = SampleCubemapNode.Out; // Cube=天空盒贴图，Dir=viewDir

// 3. 输出天空颜色
o.Albedo = skyColor.rgb;
o.Alpha = 1.0;

4.3 折射效果模拟

场景：玻璃材质的折射效果

实现：

hlsl

// 1. 计算折射方向（基于折射率IOR）
float3 viewDir = normalize(WorldSpaceViewDir(vertex));
float3 normal = normalize(WorldSpaceNormal(vertex));
float3 refractionDir = refract(viewDir, normal, _IOR); // IOR=玻璃折射率（约1.5）

// 2. 采样环境立方体贴图（模拟折射看到的场景）
float4 refrColor = SampleCubemapNode.Out; // Cube=环境贴图，Dir=refractionDir，LOD=1（轻微模糊）

// 3. 混合玻璃颜色与折射颜色
float3 glassColor = lerp(_BaseColor.rgb, refrColor.rgb, _RefractionStrength);
o.Albedo = glassColor;
o.Alpha = _Transparency;

五、使用技巧与注意事项

5.1 方向向量的正确性

世界空间要求：Dir端口必须输入世界空间方向向量，否则采样方向会偏离实际环境
反射 / 折射计算：使用reflect或refract函数生成方向向量时，确保输入的视图方向和法线已转换到世界空间

5.2 采样状态配置

采样状态参数	推荐设置	应用场景
过滤模式	线性过滤（Linear）	环境反射、天空盒（平滑过渡）
过滤模式	点过滤（Point）	风格化像素效果
寻址模式	clamp to Edge	避免立方体贴图边缘出现黑边

5.3 LOD 参数的灵活应用

性能优化：对远距离物体或大面积背景，提高 LOD 值（如 3-5），减少纹理采样开销
模糊效果：通过手动提高 LOD 值（如LOD = 2），模拟反射模糊（如粗糙金属表面）

动态调整：结合物体到相机的距离计算 LOD 值，例如：

hlsl

float distance = length(worldPos - _WorldSpaceCameraPos);
float lod = saturate(distance / _MaxDistance) * _MaxLOD; // 距离越远，LOD越高

5.4 常见问题解决

采样方向错误：检查Dir向量是否为世界空间，可通过TransformDirection节点转换空间
立方体贴图边缘瑕疵：确保寻址模式设为Clamp to Edge，并在导入设置中启用 “边缘修正”
LOD 无效：确认立方体贴图在导入设置中生成了 MIP 层级（勾选 “Generate Mip Maps”）

六、总结与拓展应用

采样立方体贴图节点通过精准的方向采样和灵活的参数控制，成为 Unity 中实现环境交互效果的核心工具，其核心价值在于：

真实感提升：为反射、折射等效果提供真实的环境参考，增强场景沉浸感
性能可控：通过 LOD 参数平衡细节与性能，适配不同硬件需求
创意扩展：支持风格化采样（如像素化天空盒、动态 LOD 动画）

拓展方向：

结合反射探针（Reflection Probe）实现局部环境的精准反射
在 VR 中利用双立方体贴图实现左右眼视差反射，提升立体感
开发基于 LOD 的动态模糊系统，模拟大气散射或运动模糊