【Unity3D】Shader Graph節點

1 前言

​ Shader Graph 16.0.3 中有 208 個 Node（節點），本文梳理了 Shader Graph 中大部分 Node 的釋義，官方介紹詳見→Node-Library。

​ 選中節點後，右鍵彈出選單欄，點選 Open Documentation（或 按 F1 鍵），瀏覽器中將跳轉到該節點的官方釋義網頁。

​ Shader Graph 通過影象的形式表達了頂點變換和片元著色流程，其背後都是一系列的數學理論支撐著，為更好地理解 Shader Graph 中的 Node，推薦讀者學習以下內容。

• 渲染管線
• 空間和變換
• Shader常數、變數、結構體、函數
• 法線貼圖和凹凸對映
• 螢幕深度和法線紋理簡介
• Shader Graph簡介

2 Artistic（美術）

​ Artistic 官方介紹詳見→Artistic Nodes。

2.1 Adjustment（顏色調整）

​ 1）Channel Mixer（通道混合）

​ Channel Mixer 節點用於通道混合，根據混合權重對每個通道進行混合，_ChannelMixer_Red、_ChannelMixer_Green、_ChannelMixer_Blue 分別為紅色、綠色、藍色通道的權重向量。

void ChannelMixer(float3 In, float3 _ChannelMixer_Red, float3 _ChannelMixer_Green, float3 _ChannelMixer_Blue, out float3 Out) {
    Out = float3(dot(In, _ChannelMixer_Red), dot(In, _ChannelMixer_Green), dot(In, _ChannelMixer_Blue));
}

​ 2）Contrast（調整對比度）

​ Contrast 節點用於調整對比度。

void Contrast(float3 In, float Contrast, out float3 Out) {
    float midpoint = pow(0.5, 2.2); // 約等於0.217638
    Out = (In - midpoint) * Contrast + midpoint;
}

​ 說明：midpoint = pow(0.5, 2.2) 是對 0.5 進行了伽馬編碼（詳見伽馬校正），解決亮度異常問題。

​ 3）Hue（調整色相）

​ Hue 節點用於調整色相，其實現見→Hue Node。

void Hue(float3 In, float Offset, out float3 Out)

​ 說明：色相調整有 2 種模式：Degrees、 Normalized。在視覺化介面中，色相的調整一般通過色相環實現，offset 就對應色相環中的角度，在 Degrees 模式下，offset 取值範圍是 0 ~ 360°，在 Normalized 模式下，offest 取值範圍是 0 ~ 1。

​ 4）Invert Colors（反轉顏色）

​ Invert Colors 節點用於反轉顏色。

void InvertColors(float4 In, float4 InvertColors, out float4 Out) {
    Out = abs(InvertColors - In);
}

​ 5）Replace Color（替換顏色）

​ Replace Color 節點用於替換顏色，如果輸入顏色與 From 顏色比較接*，就將輸入顏色替換為 To 顏色，Range 是輸入顏色被替換的邊界，Fuzziness 是模糊係數。

void ReplaceColor(float3 In, float3 From, float3 To, float Range, float Fuzziness, out float3 Out) {
    float Distance = distance(From, In);
    Out = lerp(To, In, saturate((Distance - Range) / max(Fuzziness, 1e-5))); // 1e-5=0.00001, 避免Fuzziness為0時除數為0
}

​ 6）Saturation（調整飽和度）

​ Saturation 節點用於調整飽和度。

void Saturation(float3 In, float Saturation, out float3 Out) {
    float luma = dot(In, float3(0.2126729, 0.7151522, 0.0721750));
    Out =  luma.xxx + Saturation.xxx * (In - luma.xxx);
}

​ 7）White Balance（調整白*衡）

​ White Balance 節點用於調整白*衡，其實現見→White Balance Node，Temperature 用於調整色溫，Tint 用於調整色調。

void WhiteBalance(float3 In, float Temperature, float Tint, out float3 Out)

2.2 Blend（顏色混合）

​ Blend 節點用於混合兩種顏色。

​ Mode 取值有：Burn、Darken、Difference、Dodge、Divide、Exclusion、Hard Light、Hard Mix、Lighten、Linear Burn、Linear Dodge、Linear Light、Linear Light Add Sub、Multiply、Negation、Overlay（預設值）、Pin Light、Screen、Soft Light、Subtract、Vivid Light、Overwrite。不同 Mode 對應的混合函數詳見→Blend Node。

2.3 Filter（濾波器）

​ Filter 裡只有一個 Node：Dither，它用於模擬顏色隨機振動，它通過一個 4 x 4 的矩陣模擬偽隨機振動，這個矩陣的每一行和每一列都呈波浪狀（一大一小交錯排列）。

void Dither(float4 In, float4 ScreenPosition, out float4 Out) {
    float2 uv = ScreenPosition.xy * _ScreenParams.xy;
    float DITHER_THRESHOLDS[16] = {
        1.0 / 17.0,  9.0 / 17.0,  3.0 / 17.0, 11.0 / 17.0,
        13.0 / 17.0,  5.0 / 17.0, 15.0 / 17.0,  7.0 / 17.0,
        4.0 / 17.0, 12.0 / 17.0,  2.0 / 17.0, 10.0 / 17.0,
        16.0 / 17.0,  8.0 / 17.0, 14.0 / 17.0,  6.0 / 17.0
    };
    uint index = (uint(uv.x) % 4) * 4 + uint(uv.y) % 4;
    Out = In - DITHER_THRESHOLDS[index];
}

​ 說明：對於 ScreenPosition 的取值，使用者可以自己輸入，也可以使用 Unity 自帶的取值，主要有：Default、Raw、Center、Tiled。

2.4 Mask（遮罩）

​ 1）Channel Mask（通道遮罩）

​ Channel Mask 節點用於遮罩通道，將被遮罩的通道置為 0，如下是將 RG 通道遮罩的程式碼邏輯。

void ChannelMask_RedGreen(float4 In, out float4 Out) {
    Out = float4(0, 0, In.b, In.a);
}

​ 2）Color Mask（顏色遮罩）

​ Color Mask 節點用於顏色遮罩，計算輸入顏色與目標顏色的*似程度，比較接*就輸出 1，偏移比較大就輸出 0。

void ColorMask(float3 In, float3 MaskColor, float Range, float Fuzziness, out float4 Out) {
    float Distance = distance(MaskColor, In);
    Out = saturate(1 - (Distance - Range) / max(Fuzziness, 1e-5)); // 1e-5=0.00001, 避免Fuzziness為0時除數為0
}

2.5 Normal（法線）

​ 1）Normal Blend（法線混合）

​ Normal Blend 有 2 種模式：Default、Reoriented。

void NormalBlend(float3 A, float3 B, out float3 Out) { // Default模式
    Out = normalize(float3(A.rg + B.rg, A.b * B.b));
}

void NormalBlend_Reoriented(float3 A, float3 B, out float3 Out) { // Reoriented模式
    float3 t = A.xyz + float3(0.0, 0.0, 1.0);
    float3 u = B.xyz * float3(-1.0, -1.0, 1.0);
    Out = (t / t.z) * dot(t, u) - u;
}

​ 2）Normal From Height（由高度值轉換為法線紋理）

​ Normal From Height 節點用於將輸入的高度值轉換到法線紋理中。Output Space（輸出空間）有：Tangent（切線空間）、World（世界空間）。原始碼詳見→Normal From Height Node，它通過對 Position、In 求 ddx 和 ddy 等運算得到法線值。

void NormalFromHeight(float In, out float3 Out)

​ 3）Normal From Texture（由高度紋理轉換為法線紋理）

​ Normal From Texture 節點用於將高度紋理轉換為法線紋理。Offset 為高度取樣 uv 偏移量，Strength 用於調整法線強度（物體表面凹凸程度）。

void NormalFromTexture(Texture texture, SamplerState Sampler, float2 UV, float Offset, float Strength, out float3 Out) {
    Offset = pow(Offset, 3) * 0.1;
    float2 offsetU = float2(UV.x + Offset, UV.y);
    float2 offsetV = float2(UV.x, UV.y + Offset);
    float normalSample = Texture.Sample(Sampler, UV);
    float uSample = Texture.Sample(Sampler, offsetU);
    float vSample = Texture.Sample(Sampler, offsetV);
    float3 va = float3(1, 0, (uSample - normalSample) * Strength); // 切線(高度圖1m一個畫素)
    float3 vb = float3(0, 1, (vSample - normalSample) * Strength); // 切線(高度圖1m一個畫素)
    Out = normalize(cross(va, vb)); // 通過2條切線向量叉乘得到法線向量
}

​ 4）Normal Reconstract Z（法線重構）

​ Normal Reconstract Z 節點用於重構法線向量，原來的 z 分量被拋棄，由 x、y 分量推匯出，再對法線向量進行歸一化。

void NormalReconstructZ(float2 In, out float3 Out) {
    float reconstructZ = sqrt(1.0 - saturate(dot(In.xy, In.xy)));
    float3 normalVector = float3(In.x, In.y, reconstructZ);
    Out = normalize(normalVector);
}

​ 5）Normal Strength（調整物體表面凹凸程度）

​ Normal Strength 節點用於調整法線強度（物體表面凹凸程度，案例見→法線貼圖和凹凸對映）。注意，調整法線向量後需要歸一化法線向量。

void NormalStrength(float3 In, float Strength, out float3 Out) {
    Out = {precision}3(In.rg * Strength, lerp(1, In.b, saturate(Strength)));
}

​ 說明："{precision}3" 是一個類似於建構函式的語法，用於構建一個包含 3 個分量的向量。

​ 6）Normal Unpack（由法線紋理解碼法線向量）

​ Normal Unpack 節點用於從法線紋理中解碼法線向量。Output Space（輸出空間）有：Tangent（切線空間）、Object（模型空間）。

void NormalUnpack(float4 In, out float3 Out) { //Tangent
    Out = UnpackNormalmapRGorAG(In);
}

void NormalUnpackRGB(float4 In, out float3 Out) { // Object
    Out = UnpackNormalmapRGB(In);
}

2.6 Utility（實用工具）

​ Utility 中只有 Colorspace Conversion 節點，用於進行 RGB、Linear、HSV 顏色空間之間的相互轉換，原始碼詳見→Colorspace Conversion Node。

3 Channel（通道）

​ Channel 官方介紹詳見→Channel Nodes。

​ 1）Combine（合併通道）

​ Combine 節點用於合併通道。

void Combine(float R, float G, float B, float A, out float4 RGBA, out float3 RGB, out float2 RG) {
    RGBA = float4(R, G, B, A);
    RGB = float3(R, G, B);
    RG = float2(R, G);
}

​ 2）Flip（翻轉通道）

​ Flip 節點用於翻轉通道，即相應通道數值取反，Flip 取值為 0（未啟用）或 1（啟用）。

void Flip(float4 In, float4 Flip, out float4 Out) {
    Out = (Flip * -2 + 1) * In;
}

​ 3）Split（分離通道）

​ Split 節點用於分離通道，以下是輸入為 2 維的情況，如果輸入維數低於輸出維數，高維通道補零輸出。

void Split(float2 In, out float R, out float G, out float B, out float A) {
    R = In[0];
    G = In[1];
    B = 0;
    A = 0;
}

​ 4）Swizzle（交換通道）

​ Swizzle 節點用於交換通道，根據 Mask 中通道的順序重組通道。如下是其中一種交換方式。

float4 _Swizzle_Out = In.xzyw;

4 Input（輸入）

​ Input 官方介紹詳見→Input Nodes。

4.1 Basic（基礎變數）

​ Basic 中是一些基礎的變數節點，如：Boolean、Constant、Float、Integer、Slider、Time、Color、Vector2、Vector3、Vector4。

4.2 Geometry（頂點幾何屬性）

​ Geometry 中提供了存取頂點或片元幾何屬性的節點，如：Position、Screen Position、UV、Vertex Color、Tangent Vector、Bitangent Vector、Normal Vector、View Direction、View Vector。

• Position：頂點或片元的座標，Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）、Absolute World（絕對世界空間）。對於所有可程式化渲染管線，Absolute World 選項始終返回物件在場景中的絕對世界位置，World 選項返回所選的可程式化渲染管線的預設世界空間。HDRP（高清渲染管線）使用 Camera Relative 作為預設世界空間，URP（通用渲染管線）使用 Absolute World 作為預設世界空間。
• Screen Position：頂點或片元的螢幕座標，Mode 取值有：Default、Raw、Center、Tiled。
• UV：頂點或片元的 UV 座標。
• Vertex Color：頂點或片元的顏色。
• Tangent Vector：頂點或片元的切線向量，Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）。
• Bitangent Vector：頂點或片元的副切線向量，Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）。
• Normal Vector：頂點或片元的法線向量，Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）。
• View Direction：頂點或片元的觀察向量（頂點指向相機，已歸一化），Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）。
• View Vector：頂點或片元的觀察向量（頂點指向相機，未歸一化），Space 取值有：Object（模型空間）、World（世界空間）、View（觀察空間）、Tangent（切線空間）。

​ Screen Position 不同模式下的實現如下。

// Default, 歸一化的裝置座標(NDC), x、y值域: [0, 1], 可以用於顏色緩衝區(Scene Color)的uv座標
float4 Out = float4(IN.NDCPosition.xy, 0, 0);
// Raw, 螢幕座標, x值域: [0, w], y值域: [0, w]
float4 Out = IN.ScreenPosition;
// Center, 標準化的裝置座標, x、y值域: [-1, 1]
float4 Out = float4(IN.NDCPosition.xy * 2 - 1, 0, 0);
// Tiled, x值域: [-screenWidth/screenHeight, screenWidth/screenHeight], y值域: [-1, 1]
float4 Out = frac(float4((IN.NDCPosition.x * 2 - 1) * _ScreenParams.x / _ScreenParams.y, IN.{0}.y * 2 - 1, 0, 0));
// Pixel, 畫素座標, x值域: [0, screenWidth], y值域: [0, screenHeight]
float4 Out = float4(IN.PixelPosition.xy, 0, 0);

4.3 Gradient（漸變顏色）

​ Blackbody、Gradient、Sample Gradient 節點都是用於生成漸變顏色。

​ 1） Blackbody（黑體輻射漸變取樣）

​ Blackbody 節點通過模擬黑體輻射漸變取樣得到漸變顏色，其實現見→Blackbody Node，它基於 Mitchell Charity 收集的資料，輸出線性 RGB 空間的顏色，並使用一個 D65 白點和一個 CIE 1964 10 度的顏色空間執行轉換，Temperature 為取樣的溫度或溫度貼圖（以開爾文為單位）。

void Blackbody(float Temperature, out float3 Out)

​ 2）Gradient（生成漸變物件）

​ Gradient 節點用於生成 Gradient 漸變物件，它通過 2 個 Color 和 2 個 Alpha 引數計算得到，實現見→Gradient Node。

​ 3）Sample Gradient（漸變取樣）

​ Sample Gradient 節點用於對 Gradient 進行漸變取樣，其實現見→Sample Gradient Node，Time 為取樣漸變的時間點 (0.0–1.0)。

void SampleGradient(float4 Gradient, float Time, out float4 Out)

4.4 Lighting（光照）

​ 1）Ambient（環境光）

​ Ambient 節點用於獲取環境光顏色。

float3 _Ambient_ColorSky = SHADERGRAPH_AMBIENT_SKY;
float3 _Ambient_Equator = SHADERGRAPH_AMBIENT_EQUATOR;
float3 _Ambient_Ground = SHADERGRAPH_AMBIENT_GROUND;

​ 2）Baked GI（烘焙的全域性光照）

​ Baked GI 節點用於獲取烘焙的全域性光照顏色，Position 為頂點座標（世界空間），Normal 為頂點法線（世界空間）、StaticUV 為靜態 lightmap 的紋理座標、DynamicUV 為動態 lightmap 的紋理座標。

void BakedGI(float3 Position, float3 Normal, float2 StaticUV, float2 DynamicUV, out float Out) {
    Out = SHADERGRAPH_BAKED_GI(Position, Normal, StaticUV, DynamicUV, false);
}

​ 3）Reflection Probe（反射探針）

​ Reflection Probe 節點用於獲取反射探針顏色。ViewDire 為頂點的座標（模型空間），Normal 為頂點的法線向量（模型空間）。

void ReflectionProbe(float3 ViewDir, float3 Normal, float LOD, out float3 Out) {
    Out = SHADERGRAPH_REFLECTION_PROBE(ViewDir, Normal, LOD);
}

​ 4）Main Light Direction

​ Main Light Direction 節點用於獲取頂點指向光源的單位方向向量（世界空間）。Shader Graph 13.1.9（2022.1+）版本才開始出現 Main Light Direction 節點。如果使用者的 Shader Graph 版本較低，可以通過 8.2 節中 Custom Function 節點建立自定義函數，獲取燈光方向。

4.5 Matrix（矩陣）

​ Matrix 中包含 Matrix 2x2、Matrix 3x3、Matrix 4x4、Transformation Matrix 節點。

​ Transformation Matrix 節點可以獲取到 Model、Inverse Model、View、Inverse View、Projection、Inverse Projection、View Projection、Inverse View Projection 矩陣，實現如下。

// Model, [模型空間->世界空間]的變換矩陣M
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_M;
// InverseModel, [世界空間->模型空間]的變換矩陣I_M
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_I_M;
// View, [世界空間->觀察空間]的變換矩陣V
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_V;
// InverseView, [觀察空間->世界空間]的變換矩陣I_V
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_I_V;
// Projection, [觀察空間->裁剪空間]的變換矩陣P
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_P;
// InverseProjection, [裁剪空間->觀察空間]的變換矩陣I_P
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_I_P;
// ViewProjection, [世界空間->裁剪空間]的變換矩陣VP
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_VP;
// InverseViewProjection, [裁剪空間->世界空間]的變換矩陣I_VP
float4x4 _TransformationMatrix_Out = UNITY_MATRIX_I_VP;

4.6 Scene（場景引數）

​ 1）Camera（相機引數）

​ Camera 節點用於獲取相機的以下屬性。

• Position：相機的座標（世界空間），程式碼：_WorldSpaceCameraPos。
• Direction：相機的 forward 向量。
• Orthographic：如果攝像機是正交攝像機，則返回 1，否則返回 0，程式碼：unity_OrthoParams.w。
• Near Plane：*裁剪*面到相機的距離，程式碼：_ProjectionParams.y。
• Far Plane：遠裁剪*面到相機的距離，程式碼：_ProjectionParams.z。
• Z Buffer Sign：使用反轉的 Z 緩衝區時返回 -1，否則返回 1，程式碼：_ProjectionParams.x。
• Width：攝像機的寬度（如果是正交攝像機），unity_OrthoParams.x。
• Height：攝像機的高度（如果是正交攝像機），unity_OrthoParams.y。

​ 2）Fog（霧效引數）

​ Fog 節點用於獲取 Color（霧效顏色）和 Density（裁剪空間深度處的霧效強度）。

void Fog(float3 Position, out float4 Color, out float Density) {
    SHADERGRAPH_FOG(Position, Color, Density);
}

​ 3）Object（物件引數）

​ Object 節點用於獲取當前渲染物件在世界空間中的位置縮放。

float3 _Object_Position = SHADERGRAPH_OBJECT_POSITION;
float3 _Object_Scale = float3(
    length(float3(UNITY_MATRIX_M[0].x, UNITY_MATRIX_M[1].x, UNITY_MATRIX_M[2].x)),
    length(float3(UNITY_MATRIX_M[0].y, UNITY_MATRIX_M[1].y, UNITY_MATRIX_M[2].y)),
    length(float3(UNITY_MATRIX_M[0].z, UNITY_MATRIX_M[1].z, UNITY_MATRIX_M[2].z)));

​ 4）Scene Color（場景顏色）

​ Scene Color 節點用於獲取 UV 處的顏色緩衝區的顏色值，uv 座標可以通過 Screen Position 節點（Default 模式）獲取。

void SceneColor(float4 UV, out float3 Out) {
    Out = SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_COLOR(UV);
}

​ 說明：Scene Color 節點僅支援 URP 和 HDRP 管線，對於 Built-in 管線，節點返回 0；在URP 中，此節點返回 Camera Opaque Texture 的值，此紋理的內容僅適用於透明物件；將主節點的 Surface Type 屬性設定為 Transparent 可以從此節點接收正確的值。

​ 5）Scene Depth（場景深度）

​ Scene Depth 節點用於獲取 UV 處的深度緩衝區的深度值。

void SceneDepth_Raw(float4 UV, out float Out) {
    Out = SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV);
}

​ 6）Screen（螢幕引數）

​ Screen 節點用於獲取螢幕的寬度和高度引數。

float _Screen_Width = _ScreenParams.x;
float _Screen_Height = _ScreenParams.y;

4.7 Texture（紋理）

​ 1）Texture 2D Asset 和 Cubemap Asset

​ Texture 2D Asset 節點用於匯入 Texture 2D 資源，Cubemap Asset 節點用於匯入 Cubemap 資源。

​ 2）Sample Texture 2D 和 Sample Cubemap

​ Sample Texture 2D 節點用於對 Texture 2D 進行取樣，Sample Cubemap 節點用於對 Cubemap 進行取樣。

​ 3）Texel Size（Texture 2D 的寬高）

​ Texel Size 節點用於獲取 Texture 2D 的寬度和高度。

float _TexelSize_Width = Texture_TexelSize.z;
float _TexelSize_Height = Texture_TexelSize.w;

​ 4）Split Texture Transform（Texture 2D 的縮放和偏移）

​ Split Texture Transform 節點用於 Texture 2D 的 Tiling（縮放）和 Offset（偏移）屬性。

​ 5）Sampler State（取樣器的狀態設定）

​ Sampler State 節點用於設定取樣器的狀態。Filter 定義了取樣的濾波模式，選項有：Linear、Point、Trilinear；Wrap 定義了取樣的包裹模式，選項有：Repeat、Clamp、Mirror、MirrorOnce。

5 Math（數學）

​ Math 官方介紹詳見→Math Nodes，其中參照 Shader 中的函數釋義詳見→Shader常數、變數、結構體、函數。

5.1 Basic（基礎運算）

// 加法, Out=A+B
void Add(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 減法, Out=A-B
void Subtract(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 乘法
void Multiply(float4 A, float4 B, out float4 Out) // Out=A*B
void Multiply(float4 A, float4x4 B, out float4 Out) // Out=mul(A,B)
void Multiply(float4x4 A, float4x4 B, out float4x4 Out) // Out=mul(A,B)
// 除法, Out=A/B
void Divide(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 冪運算, Out=pow(A,B)
void Power(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// *方根, Out=sqrt(In)
void SquareRoot(float4 In, out float4 Out)

5.2 Advanced（高階運算）

// 絕對值, Out=abs(In)
void Absolute(float4 In, out float4 Out)
// 取反, Out=-1*In
void Negate(float4 In, out float4 Out)
// 倒數
void Reciprocal(float4 In, out float4 Out) // Out=1.0/In
void Reciprocal_Fast(float4 In, out float4 Out) // Out=rcp(In)
// 取餘, Out=fmod(A,B)
void Modulo(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 指數
void Exponential(float4 In, out float4 Out) // Out=exp(In)
void Exponential2(float4 In, out float4 Out) // Out=exp2(In)
// 對數
void Log(float4 In, out float4 Out) // Out=log(In)
void Log2(float4 In, out float4 Out) // Out=log2(In)
void Log10(float4 In, out float4 Out) // Out=log10(In)
// 反*方根
void ReciprocalSquareRoot(float4 In, out float4 Out) // Out=rsqrt(In)
// 模長, Out=length(In)
void Length(float4 In, out float Out)
// 歸一化
void Normalize(float4 In, out float4 Out) // Out=normalize(In)
// 多色調分色顯示, Out=floor(In/(1/Steps))*(1/Steps)
void Posterize(float4 In, float4 Steps, out float4 Out)

5.3 Trigonometry（三角函數運算）

// 角度轉弧度, Out=radians(In)
void DegreesToRadians(float4 In, out float4 Out)
// 弧度轉角度, Out=degrees(In)
void RadiansToDegrees(float4 In, out float4 Out)
// 正弦, Out=sin(In)
void Sine(float4 In, out float4 Out)
// 餘弦, Out=cos(In)
void Cosine(float4 In, out float4 Out)
// 正切, Out=tan(In)
void Tangent(float4 In, out float4 Out)
// 反正弦, Out=asin(In)
void Arcsine(float4 In, out float4 Out)
// 反餘弦, Out=acos(In)
void Arccosine(float4 In, out float4 Out)
// 反正切
void Arctangent(float4 In, out float4 Out) // Out=atan(In)
void Arctangent2(float4 A, float4 B, out float4 Out) // Out=atan2(A,B)
// 雙曲正弦, Out=sinh(In)
void HyperbolicSine(float4 In, out float4 Out)
// 雙曲餘弦, Out=cosh(In)
void HyperbolicCosine(float4 In, out float4 Out)
// 雙曲正切, Out=tanh(In)
void HyperbolicTangent(float4 In, out float4 Out)

5.4 Range（範圍運算）

// 最大值, Out=max(A,B)
void Maximum(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 最小值, Out=min(A,B)
void Minimum(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 限界, Out=clamp(In,Min,Max)
void Clamp(float4 In, float4 Min, float4 Max, out float4 Out)
// 0-1限界, Out=saturate(In)
void Saturate(float4 In, out float4 Out)
// 取小數部分, Out=frac(In)
void Fraction(float4 In, out float4 Out)
// 1減, Out=1-In
void OneMinus(float4 In, out float4 Out)
// 重對映, Out=OutMinMax.x+(In-InMinMax.x)*(OutMinMax.y-OutMinMax.x)/(InMinMax.y-InMinMax.x)
void Remap(float4 In, float2 InMinMax, float2 OutMinMax, out float4 Out)
// 偽亂數生成器
void RandomRange(float2 Seed, float Min, float Max, out float Out) {
    float randomno = frac(sin(dot(Seed, float2(12.9898, 78.233)))*43758.5453);
    Out = lerp(Min, Max, randomno);
}

5.5 Round（取整運算）

// 正負符合, Out=sign(In)
void Sign(float4 In, out float4 Out)
// 取整數部分, Out=trunc(In)
void Truncate(float4 In, out float4 Out)
// 向上取整, Out=ceil(In)
void Ceiling(float4 In, out float4 Out)
// 向下取整, Out=floor(In)
void Floor(float4 In, out float4 Out)
// 四捨五入取整, Out=round(In)
void Round(float4 In, out float4 Out)
// 邊界判斷, Out=step(Edge,In), 即: In>=Edge時, 返回1, 否則返回0
void Step(float4 Edge, float4 In, out float4 Out)

5.6 Interpolation（插值運算）

// 插值, Out=lerp(A,B,T), 即: Out=(1-T)*A+T*B
void Lerp(float4 A, float4 B, float4 T, out float4 Out)
// 反插值, Out=(T-A)/(B-A)
void InverseLerp(float4 A, float4 B, float4 T, out float4 Out)
// *滑插值, Out=smoothstep(Edge1,Edge2,In), 即: k=saturate((In-Edge1)/(Edge2-Edge1)), Out=k*k*(3-2*k)
void Smoothstep(float4 Edge1, float4 Edge2, float4 In, out float4 Out)

5.7 Vector（向量運算）

// 兩點間距離, Out=distance(A,B)
void Distance(float4 A, float4 B, out float Out)
// 向量點乘, Out=dot(A,B)
void DotProduct(float4 A, float4 B, out float Out)
// 向量叉乘, Out=cross(A,B)
void CrossProduct(float3 A, float3 B, out float3 Out)
// 向量投影, Out=B*dot(A,B)/dot(B, B)
void Projection(float4 A, float4 B, out float4 Out)
// 向量反射, Out=reflect(In,Normal), In和Normal不需要歸一化
void Reflection(float4 In, float4 Normal, out float4 Out)
// 菲涅爾效應, Out=pow((1.0-saturate(dot(normalize(Normal),normalize(ViewDir)))),Power)
void FresnelEffect(float3 Normal, float3 ViewDir, float Power, out float Out)
// 繞軸旋轉
void RotateAboutAxis(float3 In, float3 Axis, float Rotation, out float3 Out)
// 球形遮罩, Out =1-saturate((distance(Coords,Center)-Radius)/(1-Hardness)), 即: 球內返回1, 求外返回零
void SphereMask(float4 Coords, float4 Center, float Radius, float Hardness, out float4 Out)
// 座標或向量空間變換, 可以進行Object、World、View、Tangent、Absolute World空間之間變換
void Transform(float4 In, out float4 Out)

5.8 Matrix（矩陣運算）

// 構建矩陣
void MatrixConstruction(float4 M0, float4 M1, float4 M2, float3 M3, out float4x4 Out4x4, out float3x3 Out3x3, out float2x2 Out2x2)
// 計算矩陣的秩, Out=determinant(In)
void MatrixDeterminant(float4x4 In, out float Out)
// 分離矩陣的行向量或列向量
void MatrixSplit(float4x4 In, out float4 M0, out float4 M1, out float4 M2, out float4 M3)
// 矩陣轉置, Out=transpose(In)
void MatrixTranspose(float4x4 In, out float4x4 Out)

5.9 Derivative（導數運算）

// Out=ddx(In)
void DDX(float4 In, out float4 Out)
// Out=ddxy(In)
void DDXY(float4 In, out float4 Out)
// Out=ddy(In)
void DDY(float4 In, out float4 Out)

5.10 Wave（波運算）

// 鋸齒波, Out=2*(In-floor(0.5 + In))
void SawtoothWave(float4 In, out float4 Out)
// 方波, Out=1.0-2.0*round(frac(In))
void SquareWave(float4 In, out float4 Out)
// 三角波, Out=2.0*abs(2*(In-floor(0.5+In)))-1.0
void TriangleWave(float4 In, out float4 Out)
// 帶噪聲的正弦波
void NoiseSineWave(float4 In, float2 MinMax, out float4 Out) {
    float sinIn = sin(In);
    float sinInOffset = sin(In + 1.0);
    float randomno =  frac(sin((sinIn - sinInOffset) * (12.9898 + 78.233))*43758.5453);
    float noise = lerp(MinMax.x, MinMax.y, randomno);
    Out = sinIn + noise;
}

6 Procedural（程式紋理）

​ Procedural 官方介紹詳見→Procedural Nodes。

6.1 Checkerboard（棋盤紋理）

​ Checkerboard 節點用於用於繪製棋盤紋理，實現見→Checkerboard Node。

6.2 Noise（噪聲紋理）

​ Noise 下面有 Gradient Noise（梯度噪聲）、Simple Noise（簡單噪聲）、Voronoi（泰森多邊形）。噪聲紋理應用：選中物體消融特效、消融特效、流動霧效。

6.3 Shapes（形狀紋理）

​ Shapes 下面有 Ellipse（橢圓）、Polygon（多邊形）、Rectangle（矩形）、Rounded Polygon（圓角多邊形）、Rounded Rectangle（圓角矩形）。

7 UV（UV 變換）

​ UV 官方介紹詳見→UV Nodes。

​ 1）Flipbook（翻書 uv 變換）

​ Flipbook 節點用於做翻書動畫，實現見→Flipbook Node，Width 和 Height 分別為水*和垂直區塊的數量，Tile 為當前區塊索引。

​ 2）Polar Coordinates（極座標 uv 變換）

​ Polar Coordinates 節點用於將直角座標系下的 uv 座標轉換為極座標系下的座標，實現見→Polar Coordinates。

​ 3）Radial Shear（徑向剪下 uv 變換）

​ Radial Shear 節點用於模擬波的徑向剪下變形效果，實現見→Radial Shear Node。

​ 4）Rotate（旋轉 uv 變換）

​ Rotate 節點用於實現紋理旋轉效果，實現見→Rotate Node。

​ 5）Spherize（球形變形 uv 變換）

​ Spherize 節點用於模擬魚眼鏡頭的球形變形效果，實現見→Spherize。

​ 6）Tiling And Offset（縮放和偏移 uv 變換）

​ Tiling And Offset 節點用於縮放和偏移 uv 座標。

void TilingAndOffset(float2 UV, float2 Tiling, float2 Offset, out float2 Out) {
    Out = UV * Tiling + Offset;
}

​ 7）Twirl（螺旋線 uv 變換）

​ Twirl 節點用於對 uv 座標進行螺旋線變換，實現見→Twirl Node。

8 Utility（實用工具）

​ Utility 官方介紹詳見→Utility Nodes。

8.1 Logic（邏輯判斷）

// 與運算, Out=A&&B
void And(float A, float B, out float Out)
// 或運算, Out=A||B
void Or(float In, out float Out)
// 非運算, Out=!In
void Not(float In, out float Out)
// 全true, Out=all(In), 即: 如果In中每個分量都不為零則返回1, 否則返回0
void All(float4 In, out float Out)
// 存在一true, Out=any(In), 即: 如果In中存在一個分量不為零則返回1, 否則返回0
void Any(float4 In, out float Out)
// 全非判斷, Out=!A&&!B
void Nand(float A, float B, out float Out)
// 無窮數判斷, Out = isinf(In)
void IsInfinite(float In, out float Out)
// 未知數判斷, Out=(In<0.0||In>0.0||In==0.0)?0:1
void IsNan(float In, out float Out)
// 分支, Out=Predicate?True:False
void Branch(float Predicate, float4 True, float4 False, out float4 Out)
// 比較A和B的大小, 運運算元可以選擇: Equal、Not Equal、Less、Less Or Equal、Greater、Greater Or Equal
void Comparison(float A, float B, out float Out)
// 如果當前渲染正面則返回1，如果渲染背面則返回0
void IsFrontFaceNode(out float Out)

8.2 Custom Function（自定義函數）

​ 自定義函數節點允許使用者通過指令碼自定義節點的運算邏輯，官方介紹見→Custom Function Node。

​ 4.4 4）節提過，Shader Graph 13.1.9（2022.1+）版本才開始出現 Main Light Direction 節點，如果使用者想在低版本的 Shader Graph 中獲取燈光方向，可以通過 Custom Function 實現。下面將通過 Custom Function 實現 Main Light Direction 節點的功能。Shader Graph簡介 中基於自定義的 Main Light 實現了漫反射光照效果。

​ 建立 Custom Function 節點，選中後，在 Node Settings 中設定如下，SHADERGRAPH_PREVIEW 用來判斷是否是預覽視窗。

#if SHADERGRAPH_PREVIEW
    Direction = half3(0.5, 0.5, 0);
    Color = half4(1, 0, 0, 1);
#else
    Light light = GetMainLight();
    Direction = light.direction;
    Color = light.color;
#endif

​ 宣告：本文轉自【Unity3D】Shader Graph節點。