Unity 使用Shader Graph实现物体的溶解效果

前言

啊咧咧，从大学毕业开始，有一段时间没有更新过博客了，很怀念当初边学习边写博客的时光。今天打开博客网站看着各位大神通过文字来分享自己的技术心得，也手痒了，决定也来一篇！

说完上面的话，感觉自己像是大佬一样。嘿嘿，然而本篇文章还是一个小白文，就是Shader Graph的入门知识，一个简单的物体溶解效果，意在帮助新手了解Shader Graph这个工具。效果如下图，如果你感兴趣，可以看看后面的实现方式，然后来试试吧！
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注：本项目Unity版本为2021.1.12f1c1

一，配置环境

为了使用Shader Graph这个工具，我们首先需要配置一下开发环境，由于目前的Shader Graph一般应用在Urp或Hdrp的可编程渲染管线模板下，所以我们要在项目中使用Urp或者Hdrp插件，具体的配置方法有下面两种

第一种：
在我们创建项目时，通过Unity Hub直接创建一个由Unity官方提供的Urp或者Hdrp的模板。

创建方式为打开Unity Hub，然后点击创建，选择Urp模板创建即可：
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第二种：

点击Unity编辑器导航栏的Window菜单，并在其中找到Package Manager点击，即可打开资源包管理器面板，我们可以在这里面管理项目中的插件，或者安装一些Unity官方提供给我们的插件。

在本案例中，我们需要安装一个名为Universal RP的插件

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如图所示，通过搜索Universal RP，可以找到Urp的插件，通过左下角的安装按钮可以将其导入到项目中，然后需要对项目的渲染管线进行一系列的配置，具体的配置可以查看之前的文章：

文章链接：

Unity 升级项目到Urp（通用渲染管线）以及画面后处理

二，创建一个Shader Graph文件

完成上面的环境配置后，就可以在project面板右键选择创建，然后选择Shader，并在其中找到Blank Shader Graph（注意，我使用的是2021.1.12f1c1版本的Unity，更早版本可能没有这个选项，可以选择PBR Shader）并点击创建一个Shader Graph：
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命名为Dissolve，创建完成后，我们可以在编辑器中找到一个与刚刚创建的Shader Graph命名相同的窗口，接下来就可以在这里面实现一些连连看的操作了。

三，通过Shader Graph编写一个Shader ，实现物体溶解效果

在创建完之后，可以在窗口中看到下面图片中的一些内容，大概可以分为四个内容区域，我自己也对其进行了一些命名方便大家理解：

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四个具体区域：

变量添加区域：这个区域就是为我们添加一些输入变量，就像C#变量的public int i一样创建一个变量i，然后就可以在Inspecter面板对该变量进行调整
属性调整区域：这个区域有点类似于Inspecter面板，可以对变量添加区域的一些变量进行数量或者进行调整
节点编辑区：是我们的主要的工作区域，通过创建与连接一个个节点来实现最终的效果
预览区域：可以实时的看到我们的材质显示的效果

了解完整个Shader Graph面板的基本结构，就可以开始通过该功能来实现一些效果了，终于来到了正题。

添加ActiveTargets

在属性调整区域（Graph Inspector）里面选择Graph Setting中找到Active Empty，初始时我们可以看到上面显示List is Empty，很明显，我们需要新建一个，点击加号添加一个Universal，就可以在下面的内容中调整我们需要的Shader类型属性：
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如果你经常为模型调整材质，相信你对这些参数一定不会陌生，如果你不了解也没有关系，下面列出一些关键的参数来帮助你去调整自己的Shader：

Material：有四个选项Lit（受光：接受光照影响）、UnLit（不受光照影响，UI元素常常是UnLit）、Sprite lit与Sprite UnLit则多应用于2D场景
Workflow：有镜面（Specular）与金属度（Metallic）
Surface：Transparent（透明）、Opaque（不透明）
Alpha Clip：透明通道裁切（小于该值的透明通道归零）

在创建完Universal后，可以发现在节点编辑区出现了最终的输出面板

物体溶解效果原理

实现物体的溶解效果，在本项目中是通过修改物体材质的透明度实现的，既物体材质的Alpha通道，但是如何修改才能确保物体准确的溶解呢。

要实现这样的效果，需要通过一个关键的节点来实现该功能：

Simple Noise（噪波节点）：根据UV生成简单的噪波，可以利用其随机的确定物体不同位置的透明度，而且如果仔细观察噪波图，会发现透明度高与透明度低的地方是渐变的，而不是截断的（要理解这一含义，可以从水波的效果来思考，任意相邻的两点之间是连续的，而不可能存在横截面）

为什么噪波的分布是渐变的，可以通过官方文档看出：

在两个决定的UV坐标点之间的的噪波强度的计算为插值计算，而不是随机产生：

到这里，你可能不太理解，这样一张噪波图为什么能做到溶解的效果，如果仅仅通过其来改变物体的透明度，怎么形成变化的溶解呢

其实很简单，首先我们定义一个从零到一变化的值，然后利用这个值对噪波图进行处理，高于这个值的区域设置其Alpha为一，而低于这个值的区域则为零，这样，随着这个值的不断增大，直到大于一的时候，物体透明的区域逐渐增大至全部。这一过程就是实现溶解的方式

可以举这样的一个例子，白蛇传中水漫金山，你从一张等高图中看到的场景是什么样子的呢，水慢慢的占满了整个地图，如何占据的呢，就是根据一条条等高线逐渐的蔓延：
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类似如图，噪波图里面的透明度也会形成一条条这样的线，在溶解时，透明度小的线先消失，直到最大为1的线消失。

节点介绍

如果你看了上面的介绍，有可能会觉得很麻烦。我要如何修改Alpha呀，这怎么可能去使用一个值来分割出来不同的透明度区域，而且还要归一或者归零。

如果你有这些问题哈哈哈，那说明你真的是新手，Shader Graph作为一个专门编辑Shader 的工具，为我们封装了许多许多的方法来帮助我们开发，在本案例中，会有几个节点很方便的帮助我们来实现这样的效果：

Time：可以帮助我们生成一个变化的数值
Step：本质上是一个bool类型判断节点，但是返回的是0或1，而且判断条件也是比较两个数值的大小
Remap：用来重新映射一个区间范围，比如说将从0到10的数字映射到从0到1
add：加法
Multiply:乘法

不多废话了，简简单单的一个溶解效果，结果让我说了这么多废话

实现

如果你对原理不感兴趣，上面全是废话，下面直接开始效果实现的教程

1，更改Universal选项

前面我们添加了一个Active Targets，但是你会在Fragment（片元着色器）中发现没有Alpha通道，而我们要对透明通道进行裁切，所以我们需要在Universal中将Alpha Clip中勾选上：在这里插入图片描述

如上图，我们在右边设置完毕后，左边的Fragment会多出两个输入项，一个是Alpha用来控制透明度，而另外一个Alpha Clip Threshold（1）则是我们上文说到的实现截断功能的输入。当Alpha小于Alpha Clip Threshold（1）时，则物体会直接透明，若大于该值时，不处理

注意：

如果是不透明物体，不要尝试将Surface选项更改为Transparent（透明），如果设置为透明，物体会未溶解部分会出现半透明的情况

2，为物体添加材质

首先说明一下如何添加一个输入：在变量添加区域点击加号，即可添加一个变量，变量的类型有Float、Color、Texture等等

创建一个Texture 输入变量，拖入到节点编辑区，点击后可以在属性调整区添加一张贴图。并连接一个材质节点Sample Texture 2D节点，连接好后，将该节点的输出连至Base Color（3），如图：
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3，溶解效果的实现

之前说过，溶解效果需要一张噪波图与一个0到1的变化的数值（通过Time节点的Sine Time产生，同时使用），具体的连线如图:

在这里插入图片描述

注：

Sine节点本质是一个Sin函数，我们知道sin函数是一个y值为-1到1的一个循环的曲线，x是由Unity的Time来决定的，所以会随着时间变化持续的输出-1到1

如果你观察了预览区，你就可以发现，预览小球已经有了溶解的效果，What？这么简单？仅仅三四个节点，就可以实现一个高级的溶解效果。

这就是Shader Graph的优势，对于一些比较成熟的效果有着比较高的封装性，只需要简单的拖拽就可以完美的实现，但是不够灵活，对于一些创造性的活动就需要大量的工作

4，为溶解边缘加高光

完成上一步后，似乎和卖家秀不太一样呀，好像缺了点什么？

好像是边缘没有光呢，没错，由于溶解边缘没有光，质感下降了许多，通过下面的操作，可以为其添加一些边缘光：
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在上面的图示中，添加了一个Color类型的输入变量，用来控制边缘的颜色，而添加的三个节点，在前面有介绍，第一个就是Add按钮，在溶解的边缘的透明度的数值加一即为未溶解的边缘，类似于等高图，目前溶解到五千米，我加一米，即五千零一米，刚好是溶解的边缘，接下来通过一个Step节点判断需要亮度的范围（即小于五千零一米的所有区域输出为1）,这样透明区间到五千零一米之间就会有一圈亮的区域

5，通过脚本调用该效果

实现这样的溶解效果后，可以作为一个角色死亡时的特效，但是该怎么去实现这杨的功能呢，本案例就提供一个简单的脚本来应用这样的效果。

由于角色的死亡是一次事件的触发，我们使用Sin函数来循环溶解该物体毫无意义，因此我们定义一个float变量输入作为从显示到完全溶解的控制变量。
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通过改变这一变量来控制物体的溶解过程，具体的脚本实现方式为：

	public Material material;
    public void Start()
    {
    
    
    	//获取修改材质溶解度的变量并设置初始值
        id = Shader.PropertyToID("TestNum");
        material.SetFloat(id, 0);        
    }
    private void Update()
    {
    
    
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
    
    
            StartCoroutine(DestroyCube());
        }
    }
    IEnumerator DestroyCube()
    {
    
    
        int n = 2000;
        float num = 0;
        Mathf.Sin(Time.time);
        while (n>0)
        {
    
                
            num = Mathf.Lerp(num, 1,0.001f);
            material.SetFloat(id, num);
            n--;
            yield return null;
        }        
    }

编写上面的脚本，挂载到任一物体上面，并将刚刚创建好的材质拖入即可，这样就可以实现一个由事件驱动的溶解效果,如图点击空格键后效果:
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结束

Shader Graph对于不会编程写Shader的人很友好，通过简单的学习就可以实现一些很酷炫的效果，但是相比来说，还是没有编程实现那样的灵活。并且效果的性能完全是自己不可控的，取决与Unity官方的性能优化，这样来讲，适配性就低很多。

不过Shaer Graph很明显的优势就是可以对于效果原理的理解很形象，能够更好帮助初级开发者的学习渲染的知识。如果你和我一样也是一个小白，也尝试去学习一下吧！