【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

在Unity URP Shader Graph中，Truncate节点是一个功能强大且实用的数学运算节点，专门用于处理浮点数的截断操作。这个节点在着色器编程中扮演着重要角色，特别是在需要将连续值转换为离散值的场景中。Truncate节点的核心功能是移除浮点数的小数部分，仅保留整数部分，这种操作在图形渲染中有着广泛的应用。

Truncate节点的工作原理基于数学中的截断函数概念，它不同于四舍五入，而是直接舍弃小数部分，无论小数部分的大小如何。例如，对于数值3.9，Truncate操作后得到的是3而不是4，这与Floor函数在正数范围内的行为相似，但在负数范围内有所不同。

在Shader Graph中，Truncate节点属于数学节点类别，可以处理各种精度和维度的数据，从简单的浮点数到复杂的矢量数据。它的灵活性和高效性使其成为着色器开发中不可或缺的工具之一。

描述

Truncate节点的核心功能是截取输入值的整数部分，完全舍弃小数部分。这一操作在数学上称为向零取整，意味着无论输入值是正数还是负数，都会朝着零的方向进行截断。例如，输入值2.8经过Truncate操作后得到2.0，而输入值-2.8则得到-2.0。

与其它取整函数相比，Truncate有着独特的行为特征：

• 与Floor函数的区别：Floor函数总是向下取整，对于负数，Floor(-2.8) = -3，而Truncate(-2.8) = -2
• 与Ceiling函数的区别：Ceiling函数总是向上取整，对于正数，Ceiling(2.2) = 3，而Truncate(2.2) = 2
• 与Round函数的区别：Round函数进行四舍五入，Round(2.8) = 3，而Truncate(2.8) = 2

在着色器编程中，Truncate节点的应用场景非常广泛。它可以用于创建棋盘格图案、实现像素化效果、处理UV坐标、创建离散颜色分级等。由于着色器通常需要处理大量的数学运算，Truncate节点的高效性使其成为优化性能的重要工具。

Truncate节点支持动态矢量输入，这意味着它可以处理各种维度的数据，包括：

• 单精度浮点数（float）
• 二维矢量（float2）
• 三维矢量（float3）
• 四维矢量（float4）

这种灵活性使得Truncate节点可以同时处理多个通道的数据，大大提高了着色器编写的效率。

端口

Truncate节点的端口设计简洁而强大，遵循了Shader Graph节点设计的一致性原则。了解每个端口的特性和用法对于正确使用该节点至关重要。

输入端口

输入端口名为"In"，是Truncate节点接收数据的入口。这个端口具有以下特点：

• 方向：输入
• 类型：动态矢量
• 绑定：无强制绑定，可以连接任何产生数值的节点
• 数据范围：支持任意浮点数范围，包括正数、负数和零

动态矢量类型意味着输入端口可以自适应地接受不同维度的数据。当连接一个标量值时，它作为单通道数据处理；当连接一个矢量时，它会并行处理所有通道。这种设计极大地增强了节点的灵活性和复用性。

输入数据的精度取决于前驱节点的输出精度，Truncate节点会保持相同的精度进行处理。在大多数现代图形API中，浮点数运算遵循IEEE 754标准，确保跨平台的一致性。

输出端口

输出端口名为"Out"，是Truncate节点处理结果的出口。这个端口具有以下特征：

• 方向：输出
• 类型：动态矢量
• 数据特性：输出值的整数部分，小数部分完全归零

输出端口的维度始终与输入端口保持一致。如果输入是float3类型，输出也会是float3类型，每个分量都独立进行了截断操作。这种逐分量处理的方式是Shader Graph中数学节点的标准行为。

输出值的数据范围取决于输入值的范围，但小数部分始终为零。例如：

• 输入(1.2, 2.7, -3.8, 4.0) → 输出(1.0, 2.0, -3.0, 4.0)
• 输入(0.1, -0.9, 1.5, -2.4) → 输出(0.0, 0.0, 1.0, -2.0)

端口连接实践

在实际使用中，Truncate节点的端口连接非常灵活。以下是一些常见的连接示例：

• 连接Time节点：可以创建基于时间的离散动画效果
• 连接UV坐标：可以实现网格化或像素化效果
• 连接位置数据：可以创建对齐到网格的物体运动
• 连接颜色数据：可以实现颜色量化效果

端口连接的兼容性是Shader Graph的一个重要特性。Truncate节点可以无缝地与其它数学节点、纹理节点、输入节点等连接，形成复杂的数据处理流水线。

生成的代码示例

Truncate节点在背后生成的HLSL代码体现了其高效和简洁的设计理念。通过理解生成的代码，可以更深入地掌握节点的运作机制和优化可能性。

基础代码结构

Truncate节点生成的核心代码通常遵循以下模式：

HLSL

void Unity_Truncate_float4(float4 In, out float4 Out)
{
    Out = trunc(In);
}

这段代码展示了一个处理float4类型数据的Truncate函数实现。函数接受一个float4输入参数In，并通过输出参数Out返回结果。在函数体内，调用了HLSL内置的trunc函数来完成实际的截断操作。

不同数据类型的处理

根据输入数据的维度不同，Shader Graph会生成相应版本的函数：

单精度浮点数处理：

HLSL

void Unity_Truncate_float(float In, out float Out)
{
    Out = trunc(In);
}

二维矢量处理：

HLSL

void Unity_Truncate_float2(float2 In, out float2 Out)
{
    Out = trunc(In);
}

三维矢量处理：

HLSL

void Unity_Truncate_float3(float3 In, out float3 Out)
{
    Out = trunc(In);
}

这种多态性的实现使得同一节点可以处理不同类型的数据，大大提高了代码的复用性和可维护性。

底层实现原理

在HLSL中，trunc函数是内置的数学函数，其实现通常基于硬件的浮点数处理能力。从数学角度看，trunc函数的定义可以表示为：

trunc(x) = sign(x) × floor(abs(x))

其中sign(x)返回x的符号，floor(x)返回不大于x的最大整数，abs(x)返回x的绝对值。

在实际的GPU执行中，trunc操作通常非常高效，因为现代GPU都有专门的硬件单元来处理这类数学运算。大多数情况下，trunc操作可以在一个时钟周期内完成。

性能优化考虑

理解生成的代码有助于进行性能优化：

• 向量化处理：当处理多个标量时，尽量使用适当维度的矢量一次处理，而不是多次调用标量版本
• 精度控制：在不需要高精度的场合，可以考虑使用half或fixed精度类型
• 指令优化：trunc操作通常比除法或乘法操作更加高效，在适当场合可以替代复杂的数学运算

自定义扩展

基于生成的代码模式，开发者可以创建自定义的变体函数来满足特殊需求。例如，可以创建一个带有多重截断级别的函数：

HLSL

void Unity_TruncateMultiple_float(float In, float Level, out float Out)
{
    Out = trunc(In * Level) / Level;
}

这种扩展允许在更细的粒度上控制截断行为，比如创建0.5单位的截断网格。

平台兼容性

生成的trunc函数在大多数现代图形API中都有良好的支持，包括：

• DirectX 9及以上版本
• OpenGL ES 2.0及以上版本
• Metal
• Vulkan

在不同平台上，编译器可能会对trunc函数进行不同的优化，但功能行为保持一致。这种跨平台的一致性是通过HLSL到各个目标平台着色语言的转换层来实现的。

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