【节点】[SmoothStep节点]原理解析与实际应用 - 指南

【Unity Shader Graph 使用与特效完成】专栏-直达

平滑过渡的核心原理

SmoothStep节点是Unity URP渲染管线中实现非线性过渡的核心工具，其数学本质基于三次Hermite插值函数。该函数借助三次多项式计算完成缓入缓出的平滑效果：当输入值In位于Edge1和Edge2之间时，输出值Out从0平滑过渡至1，且过渡区域的导数始终为零，高效避免了线性插值带来的机械感。这一特性使其尤其适用于必须自然过渡的视觉效果，例如UI元素的淡入淡出、模型边缘的柔和裁切等场景。

数学定义解析

SmoothStep函数的数学表达式如下：

float smoothstep(float t1, float t2, float x)
{
     x = clamp((x - t1) / (t2 - t1), 0.0, 1.0);
     return x * x * (3 - 2 * x);
}

当输入值x小于t1时返回0，大于t2时返回1，介于两者之间时则通过三次曲线实现平滑过渡。这种特性使其在需要自然过渡的视觉效果中表现优异，例如UI元素的淡入淡出、模型边缘的柔和裁切等应用场景。

节点参数与端口详解

SmoothStep节点包括三个关键输入端口和一个输出端口：

• Edge1：过渡起始阈值，当输入值In ≤ Edge1时，输出为0
• Edge2：过渡结束阈值，当输入值In ≥ Edge2时，输出为1
• In：待评估的输入值，可能是标量或向量
• Out：平滑插值结果，范围固定为[0,1]

阈值参数设置技巧

• 当Edge1 > Edge2时，函数行为反转：输入值在Edge2到Edge1之间时，输出从1平滑过渡至0
• 建议将Edge1和Edge2设置为[0,1]范围内的浮点数，便于与其他节点协同工作
• 凭借动态调整阈值可实现动画效果，例如随时间变化的溶解效果

基础应用场景

模型裁切与边缘平滑

将模型空间坐标与SmoothStep节点结合，可完成精致的模型裁切效果：

1. 使用Position节点获取模型坐标
2. 通过Split节点分离Y轴分量
3. 将Y值输入SmoothStep的In端口
4. 连接输出到AlphaClip阈值

这种方法创建的裁切边缘具有自然过渡效果，相比Step节点的硬边裁切，更适用于激光切割等特效场景。

渐变效果制作

SmoothStep节点是创建自定义渐变的核心工具：

• 将UV坐标的某个分量作为输入
• 设置合适的Edge1和Edge2值
• 输出连接颜色通道可达成径向渐变、条形渐变等效果
• 结合Tiling节点可创建无缝循环的渐变纹理

高级应用实例

圆环效果生成

通过两个SmoothStep函数相减可创建精确的圆环：

1. 创建两个SmoothStep节点，分别设置不同的阈值范围
2. 将第一个节点的输出减去第二个节点的输出
3. 调整阈值使过渡区域形成环形
4. 将结果连接至颜色通道实现视觉化

这种方法常用于创建能量护盾、光环等特效。

溶解效果实现

结合噪声贴图和时间变量，可创建动态溶解效果：

1. 使用Simple Noise节点生成噪声纹理
2. 将噪声值与时间变量相乘作为In输入
3. 动态调整Edge1和Edge2值控制溶解范围
4. 输出连接至Alpha通道搭建透明过渡

该技术广泛应用于角色受伤、物品消失等场景。

性能优化建议

1. 避免在移动设备上过度使用向量类型的SmoothStep节点
2. 对于静态效果，可预先计算阈值参数以减少运行时计算
3. 结合LOD环境，在远距离采用简化版本的SmoothStep效果
4. 注意URP渲染管线的特性，确保材质设置与管线兼容

常见问题解决方案

输出结果异常

• 检查输入值是否在预期范围内
• 确认Edge1和Edge2的数值关系
• 验证节点连接顺序是否正确

性能问题

• 减少不必要的SmoothStep节点嵌套
• 对于移动平台，考虑运用预计算的渐变贴图替代实时计算
• 优化噪声贴图的分辨率

---

【Unity Shader Graph 利用与特效达成】专栏-直达
（欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，）