【Unity Shader Graph 使用与特效实现】专栏-直达

Sclera Iris Blend 节点是Unity高清渲染管线（HDRP）中专门用于创建逼真眼睛材质的专用着色器节点。在计算机图形学中，眼睛的渲染一直是角色建模和渲染中最具挑战性的部分之一，因为人眼具有复杂的解剖结构和独特的光学特性。这个节点通过科学地模拟眼睛各组成部分的光学行为，为开发者提供了一种高效且物理准确的方法来实现高质量的眼镜渲染。

眼睛作为人脸中最具表现力的特征之一，其真实感直接影响到整个角色的可信度和情感传达。传统的眼睛着色方法往往需要复杂的节点网络和大量的手动调整，而Sclera Iris Blend节点将这些复杂的技术细节封装成一个直观易用的节点，大大简化了工作流程。该节点基于眼睛的生理结构，分别处理巩膜（眼白）、虹膜（有色部分）和角膜（透明外层）的光学特性，并将它们无缝融合成一个完整的眼睛材质。

在实时渲染中，眼睛不仅要看起来逼真，还需要在不同的光照条件下保持一致性。Sclera Iris Blend节点考虑了眼睛各部分的子面散射、镜面反射和法线细节，确保在各种场景中都能呈现自然的效果。特别是对于角色近距离特写镜头，这个节点能够产生令人信服的细节，包括虹膜的复杂纹理、巩膜的细微血管效果以及角膜的湿润反光。

描述

Sclera Iris Blend 节点的核心功能是融合眼睛的两个主要组成部分——虹膜和巩膜的视觉属性，并将处理后的结果提供给着色器主节点进行最终渲染。这个融合过程不是简单的颜色混合，而是基于眼睛的解剖学结构和光学特性进行的物理模拟。

从技术角度看，该节点实现了多个关键功能：首先，它根据片元在眼睛模型上的位置，智能地决定如何混合虹膜和巩膜的属性。这种混合不是均匀的，而是遵循眼睛的实际几何结构——在虹膜区域主要使用虹膜属性，在巩膜区域主要使用巩膜属性，在过渡区域则进行平滑插值。其次，节点处理了眼睛特有的光学现象，特别是子面散射效果，这是实现逼真眼睛渲染的关键。人眼组织是半透明材质，光线会穿透表面并在内部散射，产生特有的柔和外观和深度感。

节点还负责管理眼睛不同区域的法线信息。眼睛表面不是完全光滑的，角膜有着明显的曲率，而巩膜表面也有微小的不规则性。这些法线细节对于产生准确的镜面高光至关重要。Sclera Iris Blend节点分别处理漫反射和镜面反射的法线，允许开发者独立控制不同光照成分的表面细节。

另一个重要功能是表面遮罩（Surface Mask）的生成。这个输出值标识了每个片元在眼睛表面的位置——0表示纯巩膜区域，1表示角膜区域，中间值表示过渡区域。这个遮罩可用于后续的特效处理，如泪膜反射、湿润效果或疾病状态的表现。

对于追求最高质量角色渲染的开发者来说，Sclera Iris Blend节点提供了专业级的眼睛着色解决方案。它不仅考虑了基础的漫反射和镜面反射，还集成了HDRP的扩散配置文件系统，允许精确控制子面散射的参数。这种基于物理的方法确保了眼睛材质在不同光照环境下的一致性，无论是明亮的室外场景还是柔和的室内灯光，都能保持视觉上的准确性。

渲染管线兼容性

在Unity的不同渲染管线中，Sclera Iris Blend节点有着明确的兼容性规定，这是由各渲染管线的架构和功能差异决定的。

节点	通用渲染管线 (URP)	高清渲染管线 (HDRP)
Sclera Iris Blend 节点	否	是

Sclera Iris Blend节点专为高清渲染管线（HDRP）设计，不兼容通用渲染管线（URP）。这种兼容性差异主要源于两个渲染管线的架构设计和功能集的不同。HDRP是Unity的高端渲染解决方案，针对高端平台和追求最高视觉保真度的项目而设计。它包含了复杂的材质模型和高级渲染特性，如精确的子面散射、物理正确的光照计算和专业的后期处理效果。Sclera Iris Blend节点充分利用了HDRP的这些高级特性，特别是其扩散配置文件系统和复杂的光照模型。

相比之下，URP作为轻量级渲染管线，优先考虑的是性能和跨平台兼容性，而非最高级别的视觉保真度。URP的着色器框架相对简化，不支持HDRP中的一些高级材质特性，特别是复杂的子面散射模型和专业的眼睛着色算法。因此，Sclera Iris Blend节点依赖于HDRP特有的着色器功能和渲染路径，无法在URP中正常工作。

对于需要在URP中实现眼睛渲染的开发者，可以考虑以下替代方案：

• 使用自定义着色器图形组合基础节点来模拟类似效果
• 采用简化的眼睛材质模型，专注于关键视觉特征
• 利用URP的简单子面散射近似方法
• 通过纹理混合和法线贴图来增强眼睛的视觉复杂度

值得注意的是，随着Unity渲染管线的持续发展，未来可能会有更多跨管线的标准化节点出现。但目前而言，Sclera Iris Blend节点仍然是HDRP专属的高质量眼睛渲染解决方案。对于计划从URP迁移到HDRP的项目，需要重新构建眼睛材质系统，以充分利用Sclera Iris Blend节点的高级特性。

端口

Sclera Iris Blend 节点通过一系列输入和输出端口来控制眼睛材质的外观和行为。理解每个端口的功能和相互关系对于有效使用该节点至关重要。以下是对各端口的详细说明：

输入端口

Sclera Color（输入 | Color）

• 这是巩膜（眼白部分）在目标片元的颜色值。巩膜颜色通常不是纯白色，而是带有细微的色调变化，如轻微的黄色或蓝色调，以及血管造成的红色斑点。这个输入端口允许指定巩膜的基础颜色，可以通过纹理采样或程序化生成来增加细节。高质量的巩膜渲染应当包含以下特性：
  • 微妙的颜色变化，避免单调的纯白色
  • 适当的饱和度，通常保持较低水平
  • 考虑光照条件下的颜色响应
  • 可能的血管纹理或斑点细节

Sclera Normal（输入 | Vector3）

• 定义巩膜表面的法线方向。法线信息决定了光线如何从巩膜表面反射，是创建表面细节和微观结构的关键。即使巩膜看起来相对平滑，实际上也有细微的不规则性，这些可以通过法线贴图来表现。有效的巩膜法线应当考虑：
  • 眼睛球体的基本曲率
  • 表面的微观不规则性
  • 可能的血管凸起或凹陷
  • 与虹膜区域的平滑过渡

Sclera Smoothness（输入 | Float）

• 控制巩膜表面的光滑度，影响镜面高光的大小和强度。巩膜的光滑度通常相对较低，因为它不是完全光滑的表面，而是有轻微的粗糙度。这个值通常在0到1之间，其中0表示完全粗糙（漫反射表面），1表示完全光滑（镜面表面）。设置巩膜光滑度时需要考虑：
  • 真实的巩膜具有轻微湿润感，但不是高度反光
  • 光滑度应低于角膜但高于干燥皮肤
  • 可以基于纹理或遮罩在不同区域变化光滑度

Iris Color（输入 | Color）

• 定义虹膜在目标片元的颜色。虹膜颜色是眼睛最显著的特征之一，通常包含复杂的纹理和颜色变化。这个输入可以来自纹理采样，应当捕捉虹膜的以下特性：
  • 放射状纤维纹理
  • 从瞳孔向外的颜色渐变
  • 可能的异色区域或斑点
  • 与环境光照的互动

Iris Normal（输入 | Vector3）

• 指定虹膜表面的法线方向。虹膜表面有着复杂的几何结构，包括放射状褶皱和瞳孔周围的锯齿状边缘。这些结构可以通过法线贴图精确表现，对创建真实的虹膜外观至关重要。虹膜法线应当表现：
  • 放射状的褶皱模式
  • 瞳孔边缘的卷起部分
  • 表面的微观细节
  • 与周围结构的平滑过渡

Cornea Smoothness（输入 | Float）

• 控制角膜（眼睛最外层的透明部分）的光滑度。角膜是眼睛中最光滑的部分，具有高度的镜面反射性，这一特性创造了眼睛特有的湿润感和生命感。角膜光滑度通常设置为接近1的值，以产生清晰明亮的高光。这个参数影响：
  • 角膜反射的锐利程度
  • 高光的大小和强度
  • 眼睛整体湿润外观
  • 对不同类型光源的响应

IrisRadius（输入 | Float）

• 定义虹膜在眼睛模型中的半径。这个参数对于正确映射虹膜纹理和确定虹膜-巩膜边界至关重要。对于Unity的标准眼睛模型，这个值通常设置为0.225，但自定义模型可能需要调整。正确设置虹膜半径确保：
  • 虹膜纹理正确映射到几何体
  • 瞳孔位于中心位置
  • 虹膜与巩膜边界的准确性
  • 不同眼睛尺寸的一致性

PositionOS（输入 | Vector3）

• 这是要着色的片元在对象空间中的位置坐标。节点使用这个信息来确定片元在眼睛表面的位置，从而决定如何混合虹膜和巩膜的属性。这个端口的正确功能依赖于：
  • 准确的对象空间坐标
  • 与眼睛模型几何体的一致性
  • 正确的变换矩阵应用

Diffusion Profile Sclera（输入 | 扩散配置文件）

• 指定用于计算巩膜子面散射的扩散配置文件。子面散射是光线穿透半透明材质并在内部散射的物理现象，对于创建逼真的巩膜外观至关重要。巩膜的扩散配置文件通常具有以下特性：
  • 中等散射距离
  • 偏向红色的散射颜色（由于血管）
  • 与皮肤散射相似但更微妙的参数

Diffusion Profile Iris（输入 | 扩散配置文件）

• 指定用于计算虹膜子面散射的扩散配置文件。虹膜作为有色但部分半透明的结构，也表现出子面散射效应，尤其是在边缘照明情况下。虹膜的扩散配置文件特点包括：
  • 相对较短的散射距离
  • 与虹膜颜色相关的散射色调
  • 增强深度感和立体感

输出端口

EyeColor（输出 | Color）

• 这是眼睛的最终漫射颜色，结合了虹膜和巩膜的贡献，并考虑了子面散射效果。这个输出直接连接到主节点的基色输入，是眼睛材质的基础外观。高质量的眼色输出应当具有：
  • 虹膜和巩膜之间的自然过渡
  • 适当的子面散射效果
  • 对光照条件的正确响应
  • 基于物理的颜色准确度

Surface Mask（输出 | Float）

• 这是一个定义片元所在位置的线性标准化值。这个遮罩输出在角膜区域为1，在巩膜区域为0，在过渡区域为中间值。Surface Mask有多种用途：
  • 控制特效和后期处理的应用区域
  • 管理不同区域的材质参数
  • 创建基于位置的动画或状态变化
  • 实现疾病或情绪引起的眼睛变化

Diffuse Normal（输出 | Vector3）

• 这是用于漫射光照计算的法线向量。漫射法线通常比镜面法线更平滑，因为它代表了表面的宏观几何特征。这个输出允许独立控制漫反射和镜面反射的表面细节，这对于眼睛这种具有复杂光学特性的表面特别重要。

Specular Normal（输出 | Vector3）

• 这是用于镜面光照计算的法线向量。镜面法线可以包含更细微的表面细节，用于产生精确的高光反射。对于眼睛材质，镜面法线通常：
  • 包含角膜的平滑曲率
  • 可能有微观表面细节
  • 与漫射法线略有不同以增加真实感

EyeSmoothness（输出 | Float）

• 眼睛的最终平滑度值，结合了角膜和巩膜的平滑度贡献。这个输出根据片元位置在角膜平滑度和巩膜平滑度之间混合，确保在虹膜区域使用角膜的高光滑度，在巩膜区域使用较低的平滑度。最终平滑度影响：
  • 镜面高光的大小和锐利度
  • 环境反射的清晰度
  • 材质对周围环境的响应

SurfaceDiffusionProfile（输出 | 扩散配置文件）

• 目标片元的扩散配置文件，根据片元位置在虹膜和巩膜的扩散配置文件之间混合。这个输出确保了子面散射效果在眼睛表面连续变化，与视觉外观保持一致。正确的扩散配置文件混合是创建逼真半透明效果的关键。

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