【节点】[Taiji节点]原理解析与实际应用
【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达
Taiji 节点是 Unity URP Shader Graph 中一个专门用于生成传统太极图案的功能节点。太极图案作为中国传统文化中的重要符号，代表着阴阳平衡、对立统一的哲学思想。在视觉特效和游戏开发中，太极图案经常被用于表现东方风格、神秘力量或平衡概念的设计元素。
该节点通过数学算法实时生成太极图形，相比使用纹理贴图的方式具有多个显著优势。首先，它是程序化生成的，这意味着可以无限放大而不失真，保持边缘的清晰锐利。其次，通过参数调节可以动态改变太极图的旋转角度和中心点大小，为材质动画提供了更多可能性。最后，由于是算法生成，它不会增加项目的纹理内存负担，特别适合移动平台或性能敏感的场景。
在 Shader Graph 中，Taiji 节点输出的实际上是一个黑白遮罩，其中白色区域代表太极图的阳部（通常为白色），黑色区域代表阴部（通常为黑色），而透明度通道则可用于控制图案的整体可见度或边缘柔化效果。这种输出结构使得节点可以灵活地与其他着色器节点组合，创建出复杂的视觉效果。
太极图案的数学生成原理基于符号距离函数（SDF）技术。节点内部通过计算每个像素点到太极图形边界的距离，然后根据阈值判断该像素属于图案的内部还是外部。这种技术保证了图案的边缘质量，并且可以方便地实现抗锯齿效果。
端口
输入端口
UV 输入端口
- 类型：Vector 2
- 绑定：UV
- 功能描述：这是 Taiji 节点的基础输入，决定了太极图案在模型表面的映射方式。UV 坐标系统是着色器中用于确定纹理位置的标准方法，通常取值范围在 [0,1] 之间。
- 使用要点：
- 当直接连接 UV 节点时，太极图案会按照模型的默认UV布局进行映射
- 可以通过 Tiling And Offset 节点调整太极图案的重复次数和偏移
- 使用 Rotate 节点可以对UV进行旋转，实现额外的变换效果
- 如果连接 Time 节点驱动的动画UV，可以创建太极图案移动的动画效果
- 高级应用：
- 连接 Triplanar 节点可以实现无视模型UV的三平面映射，适合不规则物体
- 通过 Parallax Mapping 节点可以增加太极图案的深度错觉
- 连接 Screen Position 节点可以使太极图案始终面向摄像机，适合UI或全屏效果
Rotate 输入端口
- 类型：Float
- 绑定：无
- 功能描述：控制太极图案围绕其中心点的旋转角度，单位为度。这个参数可以让太极图案动态旋转，创造出循环动画或根据游戏状态调整方向。
- 使用要点：
- 输入值为正数时，图案顺时针旋转；输入值为负数时，图案逆时针旋转
- 输入值超过360度时会自动循环，例如输入450度等同于90度
- 连接 Time 节点可以创建持续旋转的动画效果
- 通过 Multiply 节点可以控制旋转速度
- 高级应用：
- 连接 Sine 或 Cosine 节点可以创建来回摆动的太极图案
- 根据游戏角色的朝向动态调整太极图案的方向
- 使用 Vertex Color 的某个通道控制不同部位的旋转角度，实现复杂的变化效果
Eye Size 输入端口
- 类型：Float
- 绑定：无
- 功能描述：控制太极图中阴阳鱼眼的大小比例。这个参数影响太极图的视觉平衡和风格表现。
- 使用要点：
- 典型取值范围在 0.05 到 0.3 之间，超出范围可能导致视觉不协调
- 值为 0.1 时，鱼眼大小为半径的10%，这是比较传统的比例
- 值过小可能导致鱼眼在远处几乎看不见
- 值过大可能破坏太极图的阴阳平衡感
- 高级应用：
- 连接 Pulse 或 Noise 节点可以创建鱼眼大小脉动的动态效果
- 根据游戏中的能量水平动态调整鱼眼大小，作为视觉反馈
- 使用 Distance 节点根据玩家与物体的距离调整鱼眼大小
输出端口
Out 输出端口
- 类型：Float
- 绑定：无
- 功能描述：这是太极图案的主要输出，提供一个单通道的灰度值，表示太极图的形状信息。输出值为1代表阳部（通常渲染为白色），输出值为0代表阴部（通常渲染为黑色），中间值代表抗锯齿的边缘过渡区域。
- 使用要点：
- 通常连接到主节点的 Albedo 或 Emission 输入，定义基础颜色
- 可以连接到 Alpha 输入，用于透明度裁剪
- 通过 Color 节点重新映射黑白值，改变太极图的颜色表现
- 结合其他形状节点使用 Boolean 操作，创建复合图案
- 高级应用：
- 作为高度图输入到 Normal 计算节点，增加表面凹凸感
- 连接到 Tessellation 因子，实现基于太极图案的曲面细分
- 作为遮罩控制其他效果的应用区域，如发光、反射等
Alpha 输出端口
- 类型：Float
- 绑定：无
- 功能描述：提供太极图案的透明度信息，通常用于定义图案的边缘过渡或创建半透明效果。与 Out 端口不同，Alpha 输出专门用于处理透明度和混合操作。
- 使用要点：
- 连接到主节点的 Alpha 输入，控制像素的透明度
- 通过调整 Alpha Clip Threshold 可以实现硬边缘裁剪
- 结合 Blend 模式可以创建各种透明效果
- 使用 Power 或 Smoothstep 节点可以调整透明度过渡曲线
- 高级应用：
- 创建太极图案逐渐显现或消失的动画效果
- 实现边缘发光效果，其中 Alpha 控制发光强度
- 作为深度淡出因子，使太极图案在特定距离逐渐消失
节点参数详解
Rotate 参数深入解析
Rotate 参数不仅仅控制太极图的简单旋转，它实际上影响着整个图案的数学变换矩阵。当 Rotate 值发生变化时，节点内部会重新计算每个像素相对于旋转后太极图案的位置关系。
旋转的数学原理基于二维旋转矩阵：
x' = x * cos(angle) - y * sin(angle)
y' = x * sin(angle) + y * cos(angle)
其中 (x, y) 是原始UV坐标，(x', y') 是旋转后的坐标，angle 是 Rotate 参数转换后的弧度值。
在实际应用中，Rotate 参数可以实现多种创意效果：
- 动态旋转动画：通过连接 Time 节点，可以创建持续旋转的太极图，象征永恒的循环和变化。例如，连接公式
Time * 30会使太极图每12秒完成一次完整旋转（因为 360/30=12）。 - 交互式方向控制：将 Rotate 参数与玩家输入或游戏事件关联，使太极图的方向具有实际游戏意义。比如，让太极图始终指向任务目标或危险方向。
- 多图层旋转：使用多个 Taiji 节点，为每个节点设置不同的旋转速度和方向，创建出复杂的动态图案，表现能量的流动和交互。
Eye Size 参数艺术指导
Eye Size 参数控制着太极图中阴阳鱼眼的大小，这个参数对图案的视觉平衡和象征意义有重要影响。从美学角度看，鱼眼大小直接影响太极图的动态感和平衡感。
传统太极图中，鱼眼的大小通常占整体半径的 1/6 到 1/8，这样的比例被认为最具美感和平衡感。在 Taiji 节点中，这个比例对应 Eye Size 值约为 0.125 到 0.166。
现代应用中，Eye Size 参数可以突破传统限制：
- 极端值效果：当 Eye Size 接近 0 时，太极图变为简单的阴阳分割，失去核心的"阴中有阳，阳中有阴"的哲学表达。当 Eye Size 接近 0.5 时，两个鱼眼几乎接触，创造出紧张感和能量聚集的视觉效果。
- 动态变化：通过动画控制 Eye Size 参数，可以表现能量的聚集和释放。例如，在技能蓄力时让鱼眼逐渐变大，释放时瞬间缩小，增强游戏的视觉反馈。
- 不对称设计：虽然标准的太极图是对称的，但可以通过组合两个 Taiji 节点并设置不同的 Eye Size 值，创造出非传统的不对称变体，表达不平衡或特殊状态。
实际应用案例
基础材质创建
创建一个基本的太极图案材质是最直接的应用。将 Taiji 节点的 Out 端口连接到 Lit 主节点的 Base Color 输入，即可在模型表面显示黑白太极图。通过调整 Rotate 参数可以改变图案方向，Eye Size 参数调整中心点大小。
这种基础材质适合用于：
- 东方风格建筑的装饰图案
- 角色服装上的徽章或印记
- 道具物品上的文化符号
可以通过简单的颜色重映射，将黑白太极图变为其他颜色组合，如蓝黄、红绿等，适应不同的视觉风格需求。
动态能量场效果
结合 Time 节点和 Glow 效果，可以创建出代表能量或魔法的动态太极图。具体实现方法：
- 将 Time 节点通过 Multiply 节点控制 Rotate 参数，使太极图持续旋转
- 使用 Sine 节点驱动 Eye Size 参数的轻微波动，模拟能量脉动
- 将 Out 输出连接到 Emission 输入，并提高强度值，使太极图发光
- 添加轻微的 HDR 颜色，增强视觉效果
这种效果适合用于：
- 魔法技能的特效表现
- 能量核心的视觉元素
- 传送门或结界的效果
高级遮罩应用
Taiji 节点的输出可以作为高质量的遮罩，控制其他材质效果的应用区域。例如，创建一个表面平时是岩石材质，但太极图案区域发出光芒的效果：
- 将岩石纹理连接到 Base Color
- Taiji 节点的 Out 输出控制 Emission 强度，使太极区域发光
- 使用 Alpha 输出控制边缘的平滑过渡
- 通过 Rotate 动画使发光区域缓慢旋转
这种技术可以用于：
- 神秘遗迹的激活效果
- 角色能力觉醒的视觉表现
- 特殊装备的能量指示器
性能优化建议
虽然 Taiji 节点本身计算开销不大，但在复杂场景或移动平台上仍需注意性能优化：
- 避免过度使用：一个材质中使用 1-2 个 Taiji 节点通常不会造成性能问题，但大量使用会增加片元着色器的计算负担。
- 合理设置精度：在 Shader Graph 的 Graph Settings 中，可以将 Precision 设置为 Float，在视觉要求不高的场合使用 Half 精度，提高运行效率。
- 结合 LOD：对于远处的物体，可以使用简化的太极图或完全替换为纹理贴图，减少计算量。
- 批处理考虑：如果多个物体使用相同的太极图参数，确保它们可以使用动态批处理，减少绘制调用。
故障排除
常见问题及解决方案
太极图显示不完整或扭曲
- 可能原因：UV 输入范围不正确
- 解决方案：在 UV 输入前添加 Tiling And Offset 节点，确保 UV 范围在 [0,1] 区间
旋转中心偏移
- 可能原因：UV 坐标原点不在中心
- 解决方案：在 UV 输入前添加 Subtract 节点减去 0.5，然后旋转，最后再加回 0.5
边缘锯齿严重
- 可能原因：抗锯齿处理不足
- 解决方案：在 Out 输出后添加 Smoothstep 节点，柔化边缘过渡
性能突然下降
- 可能原因：Rotate 参数变化过快，导致频繁的着色器重编译
- 解决方案：限制 Rotate 参数的变化频率，或使用固定的几个旋转状态
创意扩展思路
Taiji 节点虽然设计用于生成传统太极图，但通过创造性使用，可以实现多种变体和扩展效果：
- 太极阵列：使用多个 Taiji 节点，通过不同的 UV 变换和参数设置，创建出太极图阵列，表现复杂的能量结构。
- 变形太极：在 UV 输入前加入 Noise 或 Wave 节点，使太极图产生扭曲变形，表现不稳定的能量状态。
- 三维太极：结合 Depth 和 Normal 信息，使太极图根据表面曲率和视角变化，创造出立体感更强的效果。
- 交互太极：将 Taiji 节点与游戏逻辑连接，使太极图根据玩家行为、环境状态或剧情发展产生相应变化，增强游戏的沉浸感和互动性。
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