【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

在Unity URP Shader Graph中，Round节点是一个功能强大且常用的数学运算节点，它能够将输入的浮点数值四舍五入到最接近的整数。这个节点在着色器开发中具有广泛的应用场景，从简单的视觉效果创建到复杂的算法实现都离不开它的支持。

Round节点的核心功能是基于标准的四舍五入规则对输入值进行处理。当小数部分等于或大于0.5时向上取整，小于0.5时向下取整。这种处理方式使得连续的值能够被转换为离散的整数值，为各种视觉效果和数学计算提供了基础支持。

节点功能详解

数学原理与运算规则

Round节点的数学运算遵循国际标准的四舍五入规则。对于任意浮点数输入，节点会分析其小数部分并决定取整方向。具体来说，当输入值的小数部分大于等于0.5时，节点会向上取整到下一个整数；当小数部分小于0.5时，则会向下取整到当前整数。

这种运算规则在数学上可以表示为：对于任意实数x，Round(x) = floor(x + 0.5)。其中floor函数表示向下取整函数。这种实现方式确保了四舍五入的一致性和准确性。

值得注意的特殊情况包括：

• 正数的四舍五入：3.4 → 3，3.5 → 4，3.6 → 4
• 负数的四舍五入：-3.4 → -3，-3.5 → -4，-3.6 → -4
• 整数的处理：整数值经过Round节点处理后保持不变

数据类型支持

Round节点支持多种矢量类型，包括float、float2、float3和float4。这种灵活性使得节点能够同时处理单个数值或多个数值组成的矢量。当输入为矢量类型时，Round节点会对每个分量独立执行四舍五入操作，保持各分量之间的相对独立性。

例如，当输入一个float3类型的矢量(1.2, 2.7, 3.5)时，输出结果将是(1.0, 3.0, 4.0)。每个分量都按照独立的四舍五入规则进行处理，不会相互影响。

端口配置与使用

输入端口

In端口是Round节点的唯一输入接口，接受动态矢量类型的数据。这意味着您可以连接任何标量或矢量值到此端口，包括常数、属性、纹理采样结果或其他数学节点的输出。

输入值的范围没有特定限制，Round节点可以处理任意大小的浮点数，包括正数、负数和零。对于极大或极小的数值，节点仍然能够正确执行四舍五入操作，但需要注意浮点数精度可能带来的微小误差。

输出端口

Out端口提供四舍五入后的结果，其数据类型与输入保持一致。如果输入是float类型，输出也是float；如果输入是float4类型，输出也是float4。这种一致性确保了节点在Shader Graph中的连接不会出现类型不匹配的问题。

输出值的精度始终为整数值，即使它们在内部仍然以浮点数形式表示。例如，输入3.7经过Round节点处理后，输出为4.0而不是简单的4，这是因为Shader Graph中所有数值运算都基于浮点数进行。

与其他取整节点的对比

Round vs Floor

Floor节点执行向下取整操作，无论小数部分的大小都会直接舍弃，只保留整数部分。相比之下，Round节点根据小数部分的大小决定取整方向。

实际应用中的选择取决于具体需求：

• 使用Floor节点的场景：创建阶梯效果、实现网格对齐、制作像素化效果
• 使用Round节点的场景：需要更自然的取整效果、模拟传统四舍五入行为、保持数值平衡

Round vs Ceiling

Ceiling节点执行向上取整操作，只要小数部分不为零就会进位到下一个整数。这与Round节点的有条件进位形成鲜明对比。

选择建议：

• 需要确保数值不会低估时使用Ceiling节点
• 需要平衡估算时使用Round节点
• 在资源分配、空间计算等场景中，Ceiling节点更常用

Round vs Truncate

Truncate节点直接截断小数部分，不进行任何进位操作，相当于向零取整。对于正数，Truncate与Floor行为相同；对于负数，Truncate与Ceiling行为相同。

性能方面，所有取整节点在现代GPU上的开销都极小，可以放心使用。选择哪个节点应完全基于数学需求而非性能考虑。

实际应用案例

创建离散化效果

Round节点在创建离散化效果方面表现出色，能够将连续的梯度或平滑变化转换为阶梯状的变化。

制作颜色量化效果时，可以先将颜色值乘以一个量化级别因子，应用Round节点后再除以相同的因子。例如，将0-1的颜色范围量化为8个级别：

// 量化过程
float quantized = round(color * 7.0) / 7.0;

这种方法可以创建复古的色带效果，模拟低色彩深度显示器的视觉效果。通过调整量化级别，可以控制色带的明显程度，从轻微的波段到强烈的阶梯化效果都可以实现。

实现网格对齐

在游戏开发中，经常需要将物体或纹理对齐到虚拟网格上，Round节点是实现这一功能的理想工具。

将世界坐标对齐到单位网格的示例：

// 获取世界坐标
float3 worldPos = GetWorldPosition();
// 对齐到单位网格
float3 alignedPos = round(worldPos);

这种方法可以用于：

• 创建网格化的运动效果
• 实现snap-to-grid功能
• 制作建筑类游戏中的方块放置系统
• 创建整齐排列的粒子效果

制作像素化效果

像素化效果是Round节点的经典应用之一。通过将UV坐标四舍五入到有限的离散点，可以创建各种像素艺术风格的效果。

基础像素化着色器的实现步骤：

• 将原始UV坐标乘以像素化级别（如10x10）
• 使用Round节点对缩放后的UV坐标取整
• 将取整后的坐标除以相同的像素化级别，恢复至0-1范围
• 使用处理后的UV坐标采样纹理

这种方法不仅可以用于创建全屏像素化效果，还可以针对特定物体或区域应用像素化，实现风格化的视觉效果。

数值范围限制与规范化

Round节点在数值处理中也很有用，可以用于创建自定义的数值范围限制和规范化效果。

例如，创建角度标准化函数，将任意角度值限制在0-360度范围内：

// 角度标准化
float normalizedAngle = round(angle - 360.0 * floor(angle / 360.0));

这种方法比使用if语句更高效，完全基于数学运算，在着色器中执行速度更快。

高级技巧与优化

性能优化建议

虽然Round节点本身性能开销很小，但在复杂着色器中合理使用仍然很重要。

优化建议包括：

• 尽量避免在片段着色器中对大量数据进行重复取整操作
• 考虑在顶点着色器中预先计算可以共享的取整结果
• 对于不需要每帧更新的静态数据，使用常量或材质属性而非实时计算
• 合并多个取整操作，减少节点数量

与其他节点的组合使用

Round节点与其他Shader Graph节点组合可以创建更复杂的效果。

与Fraction节点组合：先使用Round节点取整，再使用Fraction节点获取小数部分，可以分离数值的整数和小数部分。

与Multiply-Add节点组合：创建自定义的取整间隔，实现非整数单位的取整效果。

与Conditional节点组合：实现更复杂的取整规则，如银行家舍入法或交替舍入法。

常见问题排查

使用Round节点时可能遇到的问题及解决方案：

精度问题：由于浮点数精度限制，有时取整结果可能不如预期。解决方法是在取整前添加一个极小的偏移值，如1e-5。

非预期结果：检查输入值是否在预期范围内，使用Preview节点可视化中间结果。

性能问题：如果着色器出现性能下降，检查Round节点是否在循环或复杂分支中被过度使用。

生成代码分析

Round节点在HLSL中的实现基于标准的round函数，该函数直接映射到GPU的硬件指令，执行效率极高。

对于float4类型的输入，生成的代码通常如下：

void Unity_Round_float4(float4 In, out float4 Out)
{
    Out = round(In);
}

这种简洁的实现确保了最佳性能。round函数在所有现代GPU上都得到硬件支持，不需要复杂的模拟或多指令实现。

理解生成的代码有助于在需要时直接编写自定义HLSL代码，或者在复杂场景中优化着色器性能。

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