【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达
Depth Fade 节点是 Unity URP Shader Graph 中一个功能强大的工具，专门用于处理基于深度缓冲的透明效果。在实时渲染中，深度信息对于创建逼真的视觉效果至关重要，特别是在处理透明物体、边缘发光、溶解效果等场景时。Depth Fade 节点通过计算当前像素与场景中后方物体之间的距离，生成一个平滑的渐变值，这个值可以用于控制各种视觉效果的强度。
在游戏研发中，透明物体的渲染一直是一个挑战。传统的透明渲染方法往往会出现排序疑问，导致视觉上的不一致。Depth Fade 节点通过利用深度缓冲信息，能够更加精确地控制透明效果，避免了常见的渲染瑕疵。无论是创建水面与岸边自然的过渡，还是实现角色与环境的柔和交互，Depth Fade 节点都能提供高质量的解决方案。
描述
Depth Fade 节点的核心功能是输出一个基于深度信息的线性渐变值。这个渐变值表示当前渲染的物体表面与场景中后方物体之间的视觉距离。经过调节Distance通过参数，开发者能够精确控制这个渐变效果的范围和强度，从而构建各种复杂的视觉效果。
该节点的实现原理基于深度缓冲技术。深度缓冲是图形渲染管线中的一个重点组成部分，它存储了每个像素到摄像机的距离信息。Depth Fade 节点通过采样深度缓冲，比较当前渲染的像素深度与场景中实际存储的深度值，计算出两者之间的差异，并将该差异映射到一个平滑的渐变值上。
由于 Depth Fade 节点依赖于深度缓冲信息，因此它主要适用于透明物体的渲染。在渲染不透明物体时，深度缓冲会被不断更新，而透明物体则应该特殊的处理顺序。这就是为什么 Depth Fade 节点在透明着色器中表现最佳的原因。
Depth Fade 节点的典型应用场景包括：
- 创建物体边缘的柔和发光效果
- 实现物体与场景的自然融合
- 制作基于距离的溶解效果
- 模拟水面与岸边的过渡
- 创建全息投影效果
深度计算原理
要深入理解 Depth Fade 节点的工作原理，首先要求了解深度缓冲的基本概念。在 Unity 的渲染管线中，深度缓冲存储了每个像素到摄像机的归一化距离。这个距离值在 0 到 1 之间，其中 0 代表近裁剪平面，1 代表远裁剪平面。
Depth Fade 节点的计算过程可以简化为以下公式：
fade = (sceneDepth - surfaceDepth) / Distance
其中：
sceneDepth是从深度缓冲中采样得到的场景深度值surfaceDepth是当前渲染表面的深度值Distance是用户定义的参数，用于控制渐变范围
当 sceneDepth 与 surfaceDepth 的差值小于 0 时，表示当前表面位于场景几何体的后方，此时 Depth Fade 节点会输出 0。随着差值的增大，输出值会线性增加，直到达到最大值 1。
深度精度考虑
在使用 Depth Fade 节点时，需要注意深度缓冲的精度问题。在不同的渲染平台上，深度缓冲的精度可能有所不同，这可能会影响 Depth Fade 效果的准确性。特别是在处理远距离物体时，可能会遇到深度精度不足导致的带状瑕疵。
为了解决这个问题，Depth Fade 节点提供了Convert To Linear选项。当启用这个选项时，节点会将非线性的深度值转换为线性深度值，这有助于在远距离保持更好的精度分布。
端口
Depth Fade 节点的端口设计简洁而强大，每个端口都有特定的功能和用途。理解这些端口的作用对于正确使用该节点至关重要。
输入端口
| 名称 | 方向 | 类型 | 绑定 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| Distance | 输入 | Float | 无 | 输入的深度信息，决定渐变效果的范围 |
Distance输入端口是 Depth Fade 节点最重要的控制参数。它定义了深度渐变效果的作用范围，单位通常与场景的世界单位一致。Distance 值越大，渐变效果的影响范围就越广；值越小，效果就越集中。
在实际应用中，Distance 参数可能借助多种方式驱动：
- 直接使用常量值，适用于固定范围的深度效果
- 经过脚本动态控制，实现随时间变化的效果
- 基于材质属性进行调节，允许美术师根据应该调整效果强度
- 与其他节点组合应用，创建更复杂的控制逻辑
输出端口
| 名称 | 方向 | 类型 | 绑定 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| Out | 输出 | Float | 无 | 输出值 |
Out输出端口提供计算得到的深度渐变值。这个值通常位于 0 到 1 的范围内，但具体范围会受到节点设置的影响。输出值表示当前像素位置与后方场景物体之间的距离关系：
- 输出值为 0 表示当前表面与场景物体接触或极其接近
- 输出值为 1 表示当前表面与场景物体之间的距离达到了设定的 Distance 值
- 中间值表示距离的线性插值
这个输出值可以连接到着色器的各种属性上，比如透明度、颜色强度、法线偏移等，从而实现基于距离的视觉效果变化。
控件
Depth Fade 节点提供了三个关键的控制选项，这些选项可以显著改变节点的行为方式和输出结果。理解每个选项的作用对于充分利用该节点的功能至关重要。
Convert To Linear 选项
Convert To Linear是一个开关选项，用于控制深度值的转换方式。在默认情况下，深度缓冲中存储的是非线性深度值。这种非线性分布是为了更好地利用深度缓冲的精度——在近处利用更高的精度，在远处使用较低的精度。
当启用 Convert To Linear时，Depth Fade 节点会将深度值转换为线性空间。这意味着：
- 深度值的变化与实际距离成线性关系
- 在远距离情况下能获得更好的精度分布
- 效果在不同距离上的表现更加一致
适用场景：
- 当 Depth Fade 效果需要在很大距离范围内保持一致时
- 处理远距离物体时避免深度精度问题
- 需要精确控制距离相关效果时
Mirror 选项
Mirror选项是一个布尔开关，当启用时，Depth Fade 节点会输出计算结果的绝对值。这个功能在某些特殊效果中非常有用。
启用 Mirror 选项后的数学表达：
output = |fade|
这意味着无论原始的 fade 值是正还是负，输出都会是正值。这个特性可以用于创建对称的深度效果，或者在某些边缘情况下确保输出值的可用性。
典型应用：
- 创建双向的深度衰减效果
- 处理可能产生负值的情况
- 简化某些复杂效果的实现
Saturate 选项
Saturate选项可能是最常用的控制选项之一。当启用时，它会将输出值限制在 0 到 1 的范围内。该特性确保了输出值始终处于一个可预测的范围内，避免了超出预期的情况。
启用 Saturate 后的数学表达：
output = clamp(fade, 0, 1)
该限制操作在很多情况下都是必要的，特别是当输出值要直接用于控制颜色、透明度等必须在 0-1 范围内工作的参数时。
使用建议：
- 在大多数情况下建议启用 Saturate
- 当输出值需要驱动颜色或透明度参数时必须启用
- 只有在特殊情况下，需要超出 0-1 范围的值时才禁用
实际应用示例
基础透明边缘效果
实现步骤：就是创建一个简单的边缘发光效果是 Depth Fade 节点最直接的应用之一。以下
- 在 Shader Graph 中创建 Depth Fade 节点
- 设置合适的 Distance 值（通常为 0.1-0.5）
- 启用 Saturate 选项确保输出在 0-1 范围内
- 将输出连接到片元着色器的 Alpha 通道
- 调整表面类型为透明，并设置合适的渲染队列
通过此种效果能够用于突出显示物体轮廓，或者创建物体与环境的自然过渡。
高级全息投影效果
结合其他节点，Depth Fade 可能用于创建繁琐的全息投影效果：
- 使用 Depth Fade 节点生成基础的距离渐变
- 通过 Time 节点和 Sine 节点添加时间变化的波纹效果
- 使用 Fresnel Effect 节点增强边缘表现
- 将多个效果依据 Multiply 或 Add 节点组合
- 最终输出连接到 Emission 和 Alpha 通道
这种效果能够模拟科幻场景中的全息投影，具有动态的波纹和深度的交互效果。
水面与地形交互
在创建水面效果时，Depth Fade 节点可以用于模拟水面与地形的自然交互：
- 利用 Depth Fade 控制岸边区域的透明度
- 根据深度值混合不同的颜色
- 添加基于深度的法线扰动模拟浅水效应
- 结合噪声纹理创建更加自然的水面细节
通过此种方法能够创建出逼真的水面效果，特别是在岸边区域能够表现出自然的透明度变化。
性能优化建议
在利用 Depth Fade 节点时，考虑到性能影响是很重要的：
- 尽量避免在大量物体上使用复杂的 Depth Fade 效果
- 合理设置 Distance 参数的范围，避免不必要的计算
- 在移动平台上谨慎使用，必要时允许降低精度
- 考虑使用 LOD 架构，在远距离简化或禁用 Depth Fade 效果
常见问题与解决方案
深度冲突问题
当两个表面十分接近时，可能会出现深度冲突，导致闪烁或不稳定的 Depth Fade 效果。解决方案包括：
- 调整物体的渲染顺序
- 应用深度偏移（Depth Offset）
- 增加 Distance 参数的值以减少敏感度
透明排序问题
透明物体的渲染顺序会影响 Depth Fade 效果的正确性。确保：
- 利用正确的渲染队列
- 避免复杂的嵌套透明结构
- 必要时使用独立的摄像机渲染特定效果
平台兼容性
在不同的图形 API 和平台上，深度缓冲的行为可能有所不同。测试时应该：
- 在目标平台上进行充分测试
- 考虑使用线性深度转换来改善兼容性
- 准备备选方案以应对不支持的情况
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