Nếu bạn từng thắc mắc làm thế nào để tạo ra những hiệu ứng đồ họa ấn tượng như phản chiếu, đổ bóng, hay hiệu ứng động mà không cần phải viết hàng trăm dòng code, thì Shader Graph chính là câu trả lời dành cho bạn. Đây là một công cụ mạnh mẽ giúp bạn thiết kế shader trực quan bằng cách kết nối các node mà không cần kiến thức lập trình chuyên sâu. Hãy cùng khám phá những tính năng thú vị của Shader Graph và cách ứng dụng nó để nâng cao chất lượng đồ họa trong dự án của bạn cùng với thầy Nguyễn Đỗ Anh Khoa, giảng viên chuyên ngành Game, bộ môn Công nghệ thông tin, FPT Polytechnic TP HCM.

Shader Graph là gì?

Shader Graph trong Unity là một công cụ trực quan giúp tạo shader mà không cần viết mã thủ công. Shader là tập hợp các thuật toán xác định cách ánh sáng và các hiệu ứng đồ họa tương tác với bề mặt trong game. Với Shader Graph, người dùng có thể thiết kế shader bằng cách kéo và thả các node, giúp việc tạo hiệu ứng trở nên dễ dàng hơn, ngay cả khi không có nhiều kinh nghiệm lập trình.

Các tính năng chính của Shader Graph

• Trực quan hóa quy trình tạo Shader: Dễ dàng tạo và điều chỉnh shader thông qua hệ thống node mà không cần viết mã.
• Hỗ trợ hiệu ứng đồ họa phức tạp: Dễ dàng tạo ra các shader cho các loại hiệu ứng ánh sáng, vật liệu (materials), phản chiếu, độ mờ (transparency), sóng, bọt, và nhiều hiệu ứng đặc biệt khác.
• Tương thích với URP và HDRP: Shader Graph hoạt động tốt trên các Pipeline Render như Universal Render Pipeline (URP) và High Definition Render Pipeline (HDRP), giúp tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng hình ảnh.
• Kết hợp với các tính năng khác của Unity: Bạn có thể dễ dàng kết hợp Shader Graph với các hệ thống như Particle System, Lighting, Post-processing và các hệ thống đồ họa khác của Unity.
• Hỗ trợ đa nền tảng: Shader Graph có thể được sử dụng trên nhiều thiết bị, từ di động, console, PC cho đến các nền tảng VR.

Các loại Shader phổ biến

• PBR Shader (Physically Based Rendering): Mô phỏng ánh sáng thực tế, giúp tạo ra vật liệu có độ phản xạ và hiển thị chân thực hơn.
• Unlit Shader: Không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, thích hợp cho các hiệu ứng đặc biệt như phát sáng hay các đối tượng không cần ánh sáng.

Khái niệm cơ bản: UV Map và Texture

• Texture: Hình ảnh 2D áp lên bề mặt 3D để tạo hiệu ứng chi tiết.
• UV Map: Bản đồ 2D thể hiện cách texture được gán lên mô hình 3D, quyết định vị trí và cách texture hiển thị trên bề mặt.

Node

Node là các thành phần cơ bản dùng để xây dựng và điều khiển cách mà shader (hình ảnh, hiệu ứng ánh sáng, vật liệu) được xử lý. Mỗi node thực hiện một nhiệm vụ hoặc phép toán cụ thể, và chúng có thể được kết nối với nhau để tạo ra các hiệu ứng đồ họa phức tạp mà bạn cần.

Các nhóm node quan trọng trong Shader Graph

Input Nodes (Node đầu vào)

• Position: Lấy vị trí của điểm trên bề mặt mô hình (có thể là World Position, Object Position, hoặc View Position).

• Normal: Lấy thông tin về vector pháp tuyến của bề mặt.

• Time: Tạo hiệu ứng động theo thời gian. (ví dụ: tạo hiệu ứng sóng, thay đổi màu sắc theo thời gian)

• Texture Sample: Lấy thông tin từ texture 2D, 3D hoặc Cubemap.

• Vertex Color: Dùng để lấy màu sắc tại các điểm (vertices) trong mô hình.

Mathematical Nodes (Node toán học)

• Add, Subtract, Multiply, Divide: Các phép toán cơ bản, dùng để thực hiện phép cộng, trừ, nhân, chia.
• Sin, Cos, Tan: Các phép toán lượng giác.
• Dot Product: Tính tích vô hướng giữa hai vector, hỗ trợ tính toán ánh sáng
• Cross Product: Tính tích có hướng giữa hai vector.
• Length: Tính độ dài của một vector.
• Normalize: Chuẩn hóa vector (biến đổi vector thành một vector đơn vị).

Color Nodes (Node màu sắc)

• Color: Định nghĩa màu sắc (RGBA).
• Lerp: Pha trộn màu sắc.
• Clamp: Giới hạn giá trị trong phạm vi nhất định.

Texture Nodes (Node texture)

• Sample Texture 2D: Dùng để lấy thông tin màu từ một texture 2D. Kết nối texture với điểm UV để xác định cách mà texture sẽ được áp dụng lên bề mặt.
• Sample Cubemap: Lấy dữ liệu từ một Cubemap (dùng cho phản chiếu, ánh sáng môi trường).
• Tiling and Offset: Điều chỉnh cách texture lặp lại (tiling) và di chuyển (offset) trên bề mặt.

Output Nodes (Node kết quả)

• Fragment Output: Xác định màu sắc cuối cùng của pixel trên màn hình. Các giá trị như màu sắc, độ trong suốt (alpha), và các yếu tố khác được tính toán tại đây.
• Vertex Output: Xác định dữ liệu đầu vào cho các đỉnh (vertex).
• Master Node: Node chính kết nối toàn bộ shader. Master node này có thể là PBR Master, Unlit Master, hoặc Custom Master Node.

Logic Nodes (Node Lôgic)

• If: Kiểm tra điều kiện và thực hiện một hành động tùy thuộc vào kết quả đúng/sai.
• Comparison: Thực hiện so sánh giữa hai giá trị (ví dụ: >, <, ==).
• Step: Chuyển đổi giá trị liên tục thành giá trị 0 hoặc 1 dựa trên một ngưỡng.
• Smoothstep: Tạo ra một phép biến đổi mượt mà giữa 0 và 1.

Noise Nodes (Node Noise)

• Simple Noise: Tạo noise ngẫu nhiên có thể sử dụng cho các hiệu ứng như sóng nước, vân gỗ, v.v.
• Voronoi Noise: Một dạng noise phức tạp hơn, tạo ra các mẫu có dạng tổ ong hoặc dạng khối.

Lighting Nodes (Node Chiếu sáng)

• Lambert: Dùng để mô phỏng ánh sáng chiếu lên bề mặt theo hướng ánh sáng.
• Fresnel Effect: Tạo hiệu ứng phản chiếu ánh sáng mạnh ở các góc vuông với bề mặt, giống như nước hoặc kính.
• Specular Reflection: Mô phỏng phản chiếu ánh sáng từ bề mặt, ví dụ: gương hoặc kim loại.

Utility Nodes (Node Tiện ích)

• Split: Tách một giá trị vector hoặc color thành các thành phần riêng biệt (ví dụ: tách RGBA thành R, G, B, A).
• Combine: Kết hợp nhiều giá trị lại thành một vector hoặc màu sắc.
• Derivative: Tính toán sự thay đổi của giá trị theo từng điểm hoặc pixel.
• Abs: Trả về giá trị tuyệt đối của một số.

Ứng dụng thực tế của Shader Graph

Shader Graph là công cụ mạnh mẽ giúp tối ưu hóa quy trình phát triển game, tạo hiệu ứng đồ họa phong phú mà không cần code phức tạp. Việc hiểu và sử dụng thành thạo Shader Graph sẽ giúp các nhà phát triển nâng cao chất lượng hình ảnh, tăng trải nghiệm thị giác cho người chơi và tối ưu hóa hiệu suất game.

Shader Graph không chỉ giúp đơn giản hóa quy trình tạo shader mà còn mở ra cánh cửa sáng tạo vô tận cho các nhà phát triển game và nhà thiết kế đồ họa. Với khả năng trực quan, hỗ trợ nhiều hiệu ứng phức tạp và tương thích với các công nghệ tiên tiến của Unity, đây là một công cụ không thể thiếu nếu bạn muốn đưa sản phẩm của mình lên một tầm cao mới. Hy vọng rằng sau bài giới thiệu này, bạn đã có cái nhìn rõ ràng hơn về Shader Graph và sẵn sàng áp dụng nó vào thực tế. Hãy bắt tay vào thử nghiệm và tạo ra những hiệu ứng độc đáo của riêng mình.

Giảng viên Nguyễn Đỗ Anh Khoa
Bộ môn Công nghệ thông tin
FPT Polytechnic TP HCM