ShaderGraphの頻出ノード！機能別で覚えよう #ポケテク
こんにちは！ポケラボのテクニカルアーティスト礒部です。
UnityのShaderGraphは2018年ごろから提供されている、シェーダーをノードベースで制作できるツールであり、シェーダー初学者やプログラムに抵抗のあるアーティストが触るのにも適したツールです。
ただ「ShaderGraphは触ってみたけど、どんなノードを覚えるのがよいのかわからない」といった声をよく耳にします。そのような方向けに、自分がShaderGraphを使う中で頻繁に登場する、まず覚えておきたいノード群について機能別で紹介していきます！
なお今回は、初学者がまず最初に触れるであろうフラグメントシェーダーステージ（色を決めたり、テクスチャをサンプルしたりするステージ）で主に利用するノードについて紹介します。
四則演算
Add, Subtract, Multiply, Divide
Add : 加算
Subtract : 減算
Multiply : 乗算
Divide : 除算
基本的な四則演算ですが、この中でDivideのみ「パフォーマンス面」と「0除算」について気をつける必要があります。多用は避けつつ、割る値（ノード入力のB側）に0が入らないように気をつけましょう。
テクスチャ, UV
Sample Texture 2D, UV, Tilling and Offset
Sample Texture 2D : テクスチャをサンプルする
UV : モデルの頂点が持っているUVデータ
Tilling and Offset : テクスチャのタイリングやオフセット
テクスチャをサンプルするときにはSample Texture 2Dノードを使用します。Tilling and Offsetはその名の通り、UVを加工してタイリングさせたり、オフセットさせることができます。いわゆるUVスクロールは、OffsetにTimeを入れることスクロールさせることができます。
線形補間
Lerp
Lerpノードは、2つの値の間で線形補間を行うために使用されます。
T=0のときAの値になり、T=1のときにBの値になります。
gifのようにパラメータで2つの色を補間したり、Fresnel EffectノードをTに差すことでポリゴンが回り込むにつれて色が変わっていく…といったような表現も可能です。
しきい値をとる
Step, SmoothStep
Stepは、ノイズなどの入力に対し、Edgeでしきい値をとって2値化することができます。（Edge未満なら0, 以上なら1）
SmoothStepではEdgeが2つあり、その数値間を0 ~ 1の間で滑らかになるように補間してくれます。
値の丸め
Saturate, Fraction, Floor
Saturateは0以下の値を0に、1以上の値を1として返します。
アルファなどの0~1以外の値が入って欲しくないところに差しておいたり、
画像のように、内積(Dot Product)が -1 ~ 1 の値を取る中で 0 ~ 1 の値だけ欲しいときなどに利用します。
Fractionは入力の小数点部分のみを返します。UVなどのグラデーション状の値を数倍してFractionに通すとタイリングされた状態になります。
FloorはFractionと逆に、入力の整数部分のみを返します。比較的利用頻度が少ないですが、Fractionとセットで覚えましょう。
gifではTimeの入力を4倍してFloorに通し、再度4で割ることで、0, 0.25, 0.5, 0.75… といったコマ落ちしたTimeを作ることができます。シェーダーによるアニメーションをあえてカクつかせたいときなどに利用します。
値の取り出し
Split, Swizzle
SplitノードはColorやUV、ベクトルなどのデータから単一のチャンネルの出力を取り出したいときに利用します。
Swizzleノードは、たとえばVector4の入力( x, y, z,w )に対して、"wyzx"というように順番を入れ替えて抜き出せるノードですが、
画像のように、( x, y, z ) から ( x, z )のみ抜き出したい、といったときにも便利です。
内積
Dot Product
ゲームにおけるシェーダーでの内積の用途は大体「法線ベクトルと、ライト方向やビュー方向などとのベクトルの内積をとる」「（輝度にもとづく）グレースケール変換」になります。
リムライトなどに使えるFresnel Effectノードは、内部的には ( 1 - 法線方向とビュー方向の内積 )といった実装になっていますし、
トゥーンシェーディングしたいときにも法線とライトの逆方向（画像ではNegateノードで-1をかけています）で内積を取ったのちにstepでしきい値を取り、Lerpで色をつけるといったような実装になります。
グレースケール化は、RGBそれぞれの色に対する人間の明るさの感じ易さにもとづき、係数をそれぞれにかけて足し合わせることで輝度によるグレースケール化をするのがベターですが、そういったときにも内積で簡単に書けるので便利です。
まとめ
今回は自分がShaderGraphを触る中でも特に利用頻度の高いノードについて機能別で紹介しました。もちろん他にも使うノードはあるのですが、今回紹介したノードは学び始めた人がまず覚えておきたいノードばかりだと考えています。
次回のポケテクではShaderGraphを用いたフルスクリーンのポストプロセス効果を解説いたします。お楽しみに！
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