【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

Screen 节点是 Unity URP Shader Graph 中的一个重要工具节点，它允许着色器程序访问和获取当前屏幕的基本参数信息。这个节点在需要根据屏幕尺寸或宽高比来调整着色效果时特别有用，能够创建出响应式的视觉效果，确保着色器在不同分辨率和屏幕比例下都能正确工作。

在实时渲染中，屏幕参数是着色器编程中经常需要参考的重要数据。无论是实现全屏效果、创建响应式UI元素，还是开发自适应屏幕的后期处理效果，Screen 节点都提供了必要的基础数据支持。它简化了在着色器中获取屏幕尺寸的过程，使得开发者无需通过复杂的C#脚本传递参数，就能直接在着色器图中使用这些信息。

Screen 节点的核心价值在于它能够提供动态的屏幕尺寸数据，这意味着当游戏运行在不同分辨率的设备上，或者玩家在运行时改变窗口大小时，基于Screen节点的着色器效果能够自动适应新的屏幕尺寸，保持视觉效果的一致性和正确性。

描述

Screen 节点是 Unity Shader Graph 中用于获取屏幕基本参数的功能性节点。它专门设计用于在着色器程序中访问当前渲染目标的尺寸信息，为创建屏幕空间相关的特效提供了基础数据支持。

核心功能

Screen 节点的主要功能是提供当前屏幕或渲染目标的尺寸信息。在着色器编程中，了解渲染目标的精确尺寸对于许多高级效果至关重要。例如，在全屏后处理效果中，需要知道屏幕的精确尺寸来正确计算像素坐标；在创建响应式UI元素时，需要根据屏幕宽高比调整元素的位置和大小。

该节点输出的尺寸数据基于当前激活的渲染摄像机。这意味着如果场景中有多个摄像机，每个摄像机可能有不同的渲染目标尺寸，Screen节点将返回当前正在执行着色器程序的摄像机的渲染尺寸。这种行为使得Screen节点在复杂的多摄像机设置中也能正确工作。

渲染管线支持

Screen 节点在 Unity 的不同渲染管线中有不同的支持情况：

• 通用渲染管线（URP）：完全支持 Screen 节点。URP 是 Unity 推荐的现代渲染管线，专为移动平台、VR和性能受限的平台优化。在 URP 中，Screen 节点能够可靠地提供屏幕尺寸数据，适用于各种渲染场景。
• 高清渲染管线（HDRP）：不支持 Screen 节点。HDRP 是 Unity 的高保真渲染管线，专为高端平台设计，具有不同的架构和节点系统。在 HDRP 中，需要使用其他方法获取屏幕参数，如使用 Custom Function 节点或通过脚本传递参数。

这种差异主要是因为 URP 和 HDRP 有着不同的渲染架构和着色器编译方式。URP 更注重通用性和性能，而 HDRP 则提供了更复杂和精细的渲染控制。

动态分辨率处理

动态分辨率是现代游戏引擎中的一项重要技术，它允许在运行时动态调整渲染分辨率以维持稳定的帧率。当启用动态分辨率时，Screen 节点的行为会有特殊变化：

在动态分辨率启用的情况下，Screen 节点将返回渲染摄像机的当前视口尺寸，而不是最终的显示分辨率。这意味着如果游戏使用了动态分辨率技术，Screen 节点提供的数据可能不等于玩家屏幕的实际物理分辨率。

经过升频处理后（如使用DLSS、FSR等超分辨率技术），Screen 节点的输出将等于最终的屏幕显示尺寸。这种设计确保了着色器效果能够正确匹配最终呈现在玩家屏幕上的图像，避免了因分辨率缩放导致的视觉错误。

理解这一点对于开发高质量的全屏效果至关重要。开发者需要考虑动态分辨率可能对效果产生的影响，特别是在计算像素精确的效果时，需要确保效果在不同分辨率下都能正确呈现。

端口

Screen 节点提供了两个输出端口，分别对应屏幕的宽度和高度信息。这些端口为着色器图提供了访问屏幕基本尺寸数据的能力，是创建屏幕相关效果的基础。

Width 输出端口

Width 端口输出当前屏幕或渲染目标的宽度值，以像素为单位。这个值是浮点数类型，提供了精确的宽度信息，可以用于各种需要水平尺寸数据的着色计算。

使用示例场景：

• 创建水平平铺的纹理效果时，需要知道屏幕宽度来计算正确的平铺次数
• 实现全屏扭曲效果时，需要宽度值来正确计算UV坐标的变换
• 开发响应式UI着色器时，需要根据屏幕宽度调整元素的位置和大小

Width 端口的数据来源于 Unity 的内置变量 _ScreenParams.x。这个变量在 URP 着色器中自动可用，提供了当前渲染目标的宽度信息。在大多数情况下，这个值等于游戏窗口的宽度，但在渲染到纹理或使用多摄像机时，它可能表示当前渲染目标的实际尺寸。

Height 输出端口

Height 端口输出当前屏幕或渲染目标的高度值，同样以像素为单位。这个浮点数值与Width端口配合，完整描述了渲染目标的尺寸特征。

使用示例场景：

• 实现垂直扫描线效果时，需要高度值来确定扫描线的位置和密度
• 创建景深效果时，需要根据屏幕高度计算适当的模糊强度
• 开发自适应屏幕比例的着色器时，需要高度值来保持效果的视觉一致性

Height 端口对应 Unity 的内置变量 _ScreenParams.y。与宽度类似，这个值表示当前渲染上下文的高度尺寸。在考虑屏幕宽高比的效果中，Height 端口提供的关键数据与Width端口结合，可以计算出准确的宽高比信息。

端口使用注意事项

在使用 Screen 节点的端口时，有几个重要注意事项需要了解：

• 端口数据是动态的，可能在运行时发生变化。特别是在支持动态分辨率或窗口大小调整的游戏中，这些值可能会在帧之间改变。
• 在编辑器模式下，端口值反映的是Game视图的当前尺寸，而不是整个编辑器窗口的尺寸。
• 当渲染到纹理时，这些端口提供的是渲染目标的尺寸，而不是最终显示屏幕的尺寸。
• 在多摄像机设置中，每个摄像机可能有不同的渲染目标尺寸，Screen节点会根据当前执行的摄像机提供相应的尺寸数据。

理解这些端口的特性和行为对于创建稳定可靠的屏幕空间效果至关重要。正确使用这些数据可以确保着色器效果在各种渲染条件下都能正确工作。

生成的代码示例

Screen 节点在编译时会生成相应的HLSL代码，了解这些生成的代码有助于深入理解节点的内部工作原理，并在需要时进行自定义扩展。

基本代码结构

Screen 节点生成的典型HLSL代码如下：

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

这段代码展示了Screen节点在着色器中的实际实现。_ScreenParams 是Unity提供的内置变量，它是一个float4类型的向量，其中各个分量包含以下信息：

• _ScreenParams.x：渲染目标的宽度（以像素为单位）
• _ScreenParams.y：渲染目标的高度（以像素为单位）
• _ScreenParams.z：1.0 + 1.0/宽度，常用于像素精确计算
• _ScreenParams.w：1.0 + 1.0/高度，常用于像素精确计算

Screen节点主要使用前两个分量，分别对应Width和Height输出端口。

代码示例详解

让我们通过一些具体的代码示例来深入理解Screen节点的应用：

示例1：基础屏幕尺寸获取

// 在片元着色器中获取屏幕尺寸
void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
{
    float screenWidth = _ScreenParams.x;
    float screenHeight = _ScreenParams.y;

    // 使用屏幕尺寸进行各种计算
    // ...
}

这个简单的示例展示了如何在着色器中直接使用Screen节点生成的代码。获取的屏幕尺寸可以用于各种基于屏幕空间的计算。

示例2：计算屏幕宽高比

// 计算屏幕宽高比
float GetScreenAspectRatio()
{
    return _ScreenParams.x / _ScreenParams.y;
}

// 根据宽高比调整效果
float aspectAwareScale = 1.0 / GetScreenAspectRatio();

宽高比是屏幕相关效果中经常需要的重要参数。通过Width和Height端口的比值，可以轻松计算出当前屏幕的宽高比，用于创建在不同屏幕比例下都能正确显示的效果。

示例3：像素精确的坐标计算

// 将UV坐标转换为像素坐标
float2 uv = IN.texcoord;
float2 pixelPos = float2(uv.x * _ScreenParams.x, uv.y * _ScreenParams.y);

// 进行基于像素的计算
float pixelSize = 1.0 / _ScreenParams.x; // 单个像素的宽度

对于需要像素级精度的效果（如像素艺术风格、精确的边缘检测等），将标准的UV坐标（0-1范围）转换为实际的像素坐标是非常有用的技术。

高级应用示例

示例4：创建响应式全屏效果

// 响应式波纹效果
float2 CreateRippleEffect(float2 uv, float2 center, float time)
{
    float2 pixelCoord = uv * _ScreenParams.xy;
    float2 centerPixel = center * _ScreenParams.xy;

    float distance = length(pixelCoord - centerPixel);
    float wave = sin(distance * 0.1 - time * 5.0) * exp(-distance * 0.01);

    // 使效果与屏幕尺寸无关
    wave /= max(_ScreenParams.x, _ScreenParams.y) * 0.001;

    float2 direction = normalize(pixelCoord - centerPixel);
    return uv + direction * wave * 0.01;
}

这个示例展示了如何创建与屏幕尺寸无关的全屏波纹效果。通过将效果参数基于屏幕尺寸进行标准化，可以确保在不同分辨率的设备上获得一致的视觉效果。

示例5：动态分辨率适配

// 动态分辨率友好的边缘检测
float EdgeDetectionAdaptive(float2 uv, sampler2D sourceTex)
{
    float2 texelSize = 1.0 / _ScreenParams.xy;

    // 使用自适应的采样距离
    float adaptiveScale = min(_ScreenParams.x, 1920.0) / 1920.0;
    float sampleDistance = 1.0 * adaptiveScale;

    // 边缘检测计算
    float luminanceCenter = Luminance(tex2D(sourceTex, uv).rgb);
    float luminanceRight = Luminance(tex2D(sourceTex, uv + float2(texelSize.x * sampleDistance, 0)).rgb);
    float luminanceUp = Luminance(tex2D(sourceTex, uv + float2(0, texelSize.y * sampleDistance)).rgb);

    float edge = abs(luminanceRight - luminanceCenter) + abs(luminanceUp - luminanceCenter);
    return edge;
}

这个边缘检测示例考虑了动态分辨率的情况，通过基于屏幕尺寸调整采样距离，确保在不同分辨率下都能获得一致的边缘检测效果。

自定义扩展

虽然Screen节点提供了基本的宽度和高度信息，但有时可能需要基于这些基础数据计算更复杂的参数。以下是一些有用的扩展计算：

// 计算屏幕对角线长度（像素）
float screenDiagonal = length(_ScreenParams.xy);

// 计算屏幕面积（总像素数）
float screenArea = _ScreenParams.x * _ScreenParams.y;

// 计算像素宽高比（通常为1.0，除非使用非方形像素）
float pixelAspect = 1.0; // 现代显示器通常使用方形像素

// 计算标准化屏幕尺寸（基于参考分辨率）
float2 normalizedScreenSize = _ScreenParams.xy / float2(1920.0, 1080.0);

这些扩展计算可以帮助创建更加复杂和自适应的屏幕空间效果，确保着色器在各种显示条件下都能提供最佳的视觉体验。

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