BenCloward Unreal Unity 着色器图表教程 第 6 集 课程笔记【输入向量 / 矢量】

一、课程整体概述与学习目标掌握三大核心原生向量节点表面法线向量、相机视线向量、光照方向向量双引擎节点调用、参数含义熟练搭配点积Dot、取反Negate、范围限制Saturate/Clamp、四则运算节点实现向量运算独立完成三大实战案例方向遮罩、菲涅尔Fresnel边缘光、相机距离遮罩区分 Unity 与 UE 在向量节点、默认空间、运算细节上的差异实现双引擎效果互通掌握向量运算常见报错、画面异常的排查方法。向量格式本节课所有输入向量均为Vector3三维向量 x/y/z用于描述 3D 空间内的方向或位置数值区间向量运算结果常规使用0~1区间超出区间必须使用Saturate饱和限制 0~1或Clamp自定义范围节点约束核心运算点积Dot Product是向量之间判断夹角、方向相似度的核心运算本节课所有案例均依赖该节点性能原则引擎原生向量输入节点性能最优优先使用内置节点减少自定义向量拼接。二、核心概念着色器三大基础输入向量本节课重点讲解游戏着色器最常用的三类模型 / 场景原生输入向量所有光照、轮廓、空间遮罩效果均基于这三类向量实现。一表面法线向量Normal / Surface Normal1. 基础定义法线向量是垂直于模型表面的三维向量用来描述模型每一个像素表面的朝向是光照计算的根基。简单理解法线指向 模型表面 “朝外” 的方向。格式Vector3 (X, Y, Z)作用判断表面朝向、接收光照、制作法线贴图、方向遮罩、凹凸质感。2. 双引擎原生节点表格引擎节点名称调用方式核心说明Unity Shader GraphNormal Vector法线向量空白处空格搜索分类Input → Geometry默认输出世界空间法线直接描述模型在场景中的朝向可直接参与光照计算Unreal Engine 材质蓝图World Space Normal世界空间法线右键搜索分类Vector → GeometryUE 默认区分切线空间 / 世界空间本节课统一使用世界空间法线与 Unity 逻辑对齐3. 关键特性模型平面区域法线方向统一曲面 / 圆弧区域法线随曲面平滑变化这也是曲面物体光影过渡自然的原因法线取反搭配Negate取反节点可翻转法线方向表面朝内用于内侧材质、双面渲染法线贴图拓展本节课为基础法线后续课程会延伸法线贴图混合用于模拟模型细节凹凸。二相机视线向量View Vector / Camera Vector1. 基础定义也叫视线向量代表从模型当前像素指向相机位置的三维向量描述 “眼睛看向物体” 的方向。核心用途计算物体边缘菲涅尔、镜头遮罩、距离判断、视线遮挡效果。2. 双引擎原生节点表格引擎节点名称补充说明UnityView Direction视线方向输出模型指向相机的向量标准视线向量菲涅尔效果必备节点UnrealWorld Space View Direction世界空间视线方向UE 强制标注空间类型与 Unity 输出向量规则完全一致3. 关键特性物体正对相机视线向量与法线夹角极小物体侧面 / 背对相机夹角极大距离关联视线向量可结合向量长度计算像素与相机的直线距离用于制作远景淡化、近处高亮等距离遮罩方向规则切勿混淆 “相机指向物体” 和 “物体指向相机”二者向量完全相反可用Negate节点相互转换。三光照方向向量Light Vector / Directional Light Vector1. 基础定义本节课特指方向光向量游戏最常用的平行光如太阳光、主光源描述场景主光源的照射方向。核心用途基础漫反射光照、受光面 / 背光面区分、光影遮罩、明暗分区。2. 双引擎原生节点表格引擎节点名称适用范围UnityMain Light Direction主光源方向仅读取场景主方向光不支持点光源 / 聚光灯UnrealLight Vector光照向量默认读取场景主方向光引擎自动适配基础光照系统3. 关键特性光照方向为全局统一向量整个场景的平行光方向固定不受模型位置影响夹角逻辑表面法线与光照向量夹角越小表面越亮正对光源夹角越大表面越暗背光。三、核心配套运算节点本节课高频使用三大向量无法单独实现效果必须搭配以下基础节点完成运算全部为双引擎通用节点衔接前序四则运算知识点1. 点积节点Dot Product / Dot【重中之重】作用接收两个三维向量计算向量之间的夹角相似度输出一维浮点值Float数值规则核心口诀两个向量方向完全一致点积结果 1两个向量互相垂直点积结果 0两个向量方向完全相反点积结果 -1使用要求点积结果常出现负数必须搭配Saturate0~1 饱和节点限制范围避免画面黑 / 偏色地位本节课所有三大案例的核心运算节点是向量特效的灵魂。2. 取反节点Negate作用将向量 / 数值整体取反正变负、负变正应用场景翻转法线、翻转视线 / 光照方向修正向量夹角计算错误。3. 饱和 / 范围限制节点Saturate / ClampSaturate固定将数值限制在0 ~ 1向量运算首选一键修复负数异常Clamp自定义数值上下限如 0.2~0.8用于精细控制遮罩过渡范围。4. 四则运算节点Add/Subtract/Multiply/Divide承接前序课程知识点用于向量长度缩放、距离计算、强度调节例如用乘法控制遮罩强弱用减法计算相机与物体的距离差值。四、三大实战案例逐节点拆解双引擎完整工作流本节课基于三大向量 点积节点依次实现 3 个行业通用实战效果从简单到复杂可直接复用至项目中。案例一方向遮罩Directional Mask—— 法线 光照向量1. 效果说明根据模型表面朝向区分明暗 / 材质例如模型朝上的面显示积雪、朝下的面显示污垢物体受光面亮、背光面暗是地形、道具、植被常用分区遮罩。2. 实现原理利用表面法线与光照方向向量做点积夹角越小正对光源 / 朝上数值越高白色遮罩夹角越大背光 / 朝下数值越低黑色遮罩。3. 完整节点链路双引擎通用输入节点世界空间法线主光源方向向量核心运算两个向量接入Dot点积节点范围修正Dot 输出 →Saturate消除负数锁定 0~1效果拓展二选一基础明暗Saturate 输出直接连接基础颜色实现自然光影分区材质Saturate 输出作为遮罩接入Lerp插值节点混合两张不同纹理例积雪纹理 岩石纹理。4. 参数调节与优化遮罩软硬在 Dot 后增加Multiply乘法节点数值 0.5~2数值越大明暗分界越硬朗数值越小过渡越柔和方向偏移如需偏移遮罩方向可对法线向量叠加少量Add偏移值典型应用墙面顶部积灰、山体顶部积雪、角色受光面描边。5. 常见问题排查全模型发黑光照向量方向颠倒给光照向量添加Negate取反分界杂乱模型低模法线不平滑需在建模软件中平滑模型法线。案例二菲涅尔效果Fresnel—— 法线 相机视线向量【本节课重点】1. 效果说明菲涅尔是游戏、影视最常用的边缘光效果物体正对相机的中心区域暗淡侧面 / 轮廓边缘高亮模拟真实世界光线折射规律。广泛用于玻璃、金属、宝石、皮肤、魔法护盾、轮廓描边。2. 实现原理表面法线与相机视线向量做点积像素正对相机两向量夹角小 → 点积值高 → 降低亮度像素在物体边缘两向量接近垂直 → 点积值趋近 0 → 提亮边缘 通过取反 范围限制将计算结果转为 “边缘亮、中心暗” 的菲涅尔遮罩。3. 分步节点链路双引擎通用标准菲涅尔公式基础输入世界空间法线视线方向向量核心计算两个向量接入Dot 点积方向翻转Dot 输出 →Negate取反核心步骤反转明暗关系范围约束Negate →Saturate限制 0~1去除异常值强度控制Saturate →Multiply浮点值 0.3~1.5调节边缘光亮度最终输出连接自发光 / 基础颜色通道完成菲涅尔边缘光。4. 进阶变种用法彩色菲涅尔在 Multiply 后叠加Color颜色节点制作彩色轮廓魔法、霓虹材质厚边缘叠加Power幂节点幂值越小边缘范围越大幂值越大边缘越纤细双面菲涅尔给法线增加Negate实现模型内侧也显示边缘光。5. 行业应用场景玻璃 / 水晶、金属高光轮廓、角色皮肤次表面散射、技能护盾、飞行器机体描边、半透明布料。案例三相机距离遮罩Camera Distance Mask—— 视线向量 距离运算1. 效果说明根据物体与相机的直线距离生成黑白遮罩近距区域显示一种效果远距区域显示另一种效果。常用于远景物体淡化、LOD 材质切换、近处高亮、雾气遮挡、远景隐藏细节等场景。2. 实现原理通过视线向量计算像素到相机的空间距离再用减法、除法做范围映射将距离数值转为0~1的遮罩数值区分近 / 远区域。3. 完整节点链路与公式获取距离引擎内置相机距离节点Unity/UE 均有原生节点直接输出像素到相机的直线距离浮点值范围映射核心公式(距离 - 近裁剪值) ÷ (远裁剪值 - 近裁剪值)节点拆解距离值 →Subtract减去近距阈值→Divide除以距离区间范围锁定除法输出 →Saturate强制限制 0~1遮罩应用输出结果作为遮罩混合两套材质 / 纹理。4. 参数释义实操数值参考近裁剪值相机多少距离内为 “近处”例9.5距离相机 9.5 米以内为近区远裁剪值相机多少距离外为 “远处”例1515 米以外为远区区间 9.5~15 米遮罩平滑过渡实现渐变效果。5. 典型应用与避坑应用远景树木淡化、模型远距离隐藏花纹、镜头近处泛光、场景雾气分层高危避坑Divide除法节点分母严禁为 0近距值 远距值会导致材质报错、画面闪烁优化建议大范围场景使用距离遮罩时搭配 LOD 系统提升整机性能。五、Unity 与 Unreal 向量节点核心差异汇总本节课所有逻辑、公式、运算规则完全互通仅节点命名、默认空间存在细微区别汇总如下方便快速切换表格功能分类Unity Shader GraphUnreal Engine 材质蓝图统一处理方案表面法线Normal Vector默认世界空间World Space Normal直接通用无需转换视线向量View DirectionWorld Space View Direction向量方向一致运算结果无差别光照向量Main Light Direction仅主方向光Light Vector平行光下完全通用点积节点Dot ProductDot算法、数值规则 100% 一致距离获取Camera DistanceCamera Distance输出距离单位均为场景米通用空间切换默认为世界空间切线空间需手动转换区分切线 / 世界空间可一键切换新手优先使用世界空间降低复杂度六、节点组合逻辑与通用设计思路结合本节课三大案例总结向量类效果的通用制作流程适用于所有 3D 向量着色器确定需求判断效果依赖「朝向法线、视线相机、光照、距离」哪一类向量选取输入节点调用引擎原生向量节点优先内置节点性能最优核心运算朝向 / 夹角效果用Dot 点积距离效果用加减除方向翻转用Negate范围修正运算后必加Saturate/Clamp约束数值在 0~1杜绝黑屏、偏色、闪烁强度调节使用Multiply/Power调节效果强弱、边缘软硬效果落地将最终遮罩接入颜色、自发光、透明度、纹理插值等通道。七、高频问题排错手册向量运算专属结合实操中高频异常现象整理原因与修复方案表格异常现象问题根源修复方案菲涅尔全图高亮 / 全黑视线向量或法线方向颠倒对对应向量添加Negate取反点积运算后画面出现彩色杂点 / 黑屏运算产生负数数值强制添加Saturate限制 0~1距离遮罩完全无过渡、硬切距离区间设置过小拉大 “近裁剪值” 与 “远裁剪值” 的差值除法节点导致材质闪烁、报错除法分母为 0保证远距值 ≠ 近距值预留最小区间UE 与 Unity 同逻辑效果明暗相反向量默认方向差异统一添加Negate翻转其中一个向量方向遮罩分界跟随镜头转动误用切线空间法线切换为世界空间法线固定场景朝向八、课后练习与学习延伸1. 分阶练习循序渐进巩固知识点入门练习单独调用三大向量节点搭配 Dot 节点观察不同夹角下点积数值变化吃透向量夹角逻辑基础练习独立复刻方向遮罩用 Lerp 混合两张纹理如积雪 岩石进阶练习制作标准菲涅尔边缘光调节强度、边缘粗细尝试彩色边缘高阶练习组合 “菲涅尔 距离遮罩”实现近处边缘光强、远处边缘光弱的复合效果。2. 知识点延伸衔接后续课程本节课的法线向量是法线贴图的基础后续会讲解法线混合、凹凸质感制作光照向量 点积是漫反射、高光、卡通渲染的核心为本系列光照章节铺垫相机距离遮罩可延伸至景深、雾气、粒子淡入淡出等后期 / 特效内容。3. 学习建议优先吃透点积节点的夹角逻辑这是所有向量效果的核心养成 “运算后加 Saturate” 的习惯规避 90% 以上的向量运算异常双引擎交替复刻案例熟悉节点命名差异做到一套逻辑通双引擎移动端项目尽量精简向量链路减少多层嵌套运算保证运行帧率。九、总结第 9 集是整套教程从二维 UV迈向三维空间光照 / 质感的关键章节核心可概括为三大核心输入向量法线表面朝向、视线相机方向、光照光源方向核心运算点积 (Dot)判断向量夹角配合取反、范围限制实现明暗、遮罩三大落地案例方向遮罩分区材质、菲涅尔边缘光、距离遮罩远近效果双引擎逻辑高度统一仅节点命名、空间选项略有差异知识点可无缝复用。