【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

Fraction节点核心功能解析

Fraction节点是Shader Graph数学运算模块中的基础组件，其核心功能为提取输入值的纯小数部分。该节点通过公式 Frac(In) = In - Floor(In) 实现运算，其中 Floor 函数返回小于等于输入值的最大整数。这一运算特性赋予其在图形处理中的独特应用价值：

• 小数分离机制：对正数直接截取小数部分，例如输入3.8输出0.8；
• 负数处理逻辑：对负数同样执行小数分离，如输入-2.3输出-0.3（与Floor节点结果形成互补）；
• 向量分量支持：可处理float2/float3/float4向量，并对每个分量独立运算；
• 图形学应用：在纹理映射、动画过渡及视觉特效中发挥关键作用。

数学原理与实现细节

运算公式分解

Fraction节点的数学本质为取模运算的特殊形式：

Frac(x) = x - floor(x) = x mod 1

该运算在图形学中常用于构建周期性纹理，其核心优势包括：

• 保持数值连续性，避免因四舍五入造成的精度损失；
• 支持负数范围的正确处理，确保跨平台一致性；
• 在GPU上实现高效计算，适用于实时渲染需求。

与相关节点的对比

节点类型	输入3.2	输入-0.7	应用场景	性能影响
Fraction	0.2	-0.7	周期性纹理	低
Floor	3	-1	网格化处理	低
Truncate	3	-0	整数提取	低
Round	3	-1	四舍五入	中
Fmod	0.2	-0.7	通用模运算	中

基础应用场景与实现

创建重复纹理

通过UV坐标与Fraction节点组合，可轻松实现无缝重复纹理：

1. 获取物体UV坐标的X分量；
2. 乘以缩放因子（如5.0）；
3. 连接Fraction节点；
4. 输出至颜色通道。

// 伪代码实现 float2 uv = i.uv; float scaled = uv.x * 5.0; float pattern = frac(scaled); o.color = pattern;

动态渐变效果

结合时间节点创建动态小数变化：

1. 创建Time节点并连接至Fraction；
2. 调整时间乘数以控制变化速度；
3. 输出至材质透明度通道。

基础动画控制

通过Fraction节点创建循环动画：

1. 连接Time节点至Fraction；
2. 乘以动画周期参数；
3. 输出至材质属性通道。

进阶应用技巧

多通道混合控制

利用Fraction节点实现多通道的独立控制：

• 红色通道：由UVY坐标驱动；
• 绿色通道：由时间驱动；
• 蓝色通道：由噪声驱动。

边缘检测优化

在边缘检测算法中，Fraction节点可替代传统模运算：

// 传统边缘检测 float edge = step(0.5, frac(uv.x * 10.0));

// 优化版本 float edge = smoothstep(0.45, 0.55, frac(uv.x * 10.0));

性能优化方案

• 避免在顶点着色器中使用Fraction节点；
• 对静态纹理预计算小数部分；
• 使用LOD技术降低高频调用开销；
• 在移动平台优化使用频率。

常见问题解决方案

负数处理异常

当输入为负数时，需确保理解：

• Fraction(-2.3) = -0.3；
• Floor(-2.3) = -3；
• 两者相加应等于原始输入。

向量分量处理

对float4向量进行运算时：

• 每个分量独立计算；
• 可通过分量选择节点提取特定通道；
• 支持混合运算模式。

精度误差处理

在高精度需求场景中：

• 使用double类型输入（需自定义节点）；
• 添加微小扰动以避免阶梯效应；
• 结合Smoothstep节点平滑过渡；
• 考虑采用更高精度的渲染管线。

工程实践案例

案例1：动态水波纹效果

1. 创建Time节点驱动UV坐标；
2. 连接Fraction节点生成周期性变化；
3. 通过噪声节点添加随机扰动；
4. 输出至法线贴图通道；
5. 添加边缘光效以增强视觉效果。

案例2：赛博朋克霓虹灯

1. 使用Fraction节点控制灯带闪烁频率；
2. 结合颜色渐变节点实现RGB循环；
3. 添加辉光后处理以增强视觉效果；
4. 使用深度混合实现半透明效果。

案例3：地形高度图优化

1. 对地形UV坐标进行小数分离；
2. 创建不同频率的Fraction图层；
3. 混合多个图层以生成复杂地形细节；
4. 输出至高度图通道以控制凹凸；
5. 添加细节纹理以增强真实感。

性能优化

• 在移动平台避免高频调用Fraction节点；
• 对静态纹理预计算小数部分；
• 使用LOD技术降低Shader复杂度；
• 结合GPU Instancing减少绘制调用；
• 考虑使用Shader变体优化特定平台。

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