1. 节点系统整体架构
Material Maker 的节点系统基于 Godot 的 GraphEdit 控件，设计为一个有向无环图（DAG），用户通过连接节点构建纹理生成逻辑。每个节点代表一个独立的计算单元，处理输入数据并生成输出，输出可以是纹理（2D 图像）、数值或着色器代码。系统的核心目标是让用户通过直观的拖拽和连接操作，创建复杂的程序化纹理，而无需编写代码。
- 核心组件：
- GraphEdit 控件：Godot 提供的可视化节点编辑器，Material Maker 用它实现节点图的交互界面，支持拖拽、连线和缩放。
- 节点：每个节点是一个 Godot 场景（Scene），继承自 GraphNode 类，封装了特定的功能（如噪声生成、滤镜、变换）。
- 连接：节点之间的输入/输出端口通过 Godot 的信号机制连接，数据流从输出端口流向输入端口。
- 着色器生成器：节点图最终被编译为 GLSL 着色器代码，用于实时渲染和纹理导出。
- 1.4 版本更新：在 Material Maker 1.4 中，节点系统进行了重大优化，着色器生成器和纹理渲染系统被重写，利用 Godot 4 的新渲染设备（RenderingDevice）API，引入 32 位浮点缓冲区以提升精度（如解决高高度图的法线贴图失真问题）。
这使得节点系统在处理复杂计算时更高效。
2. 节点类型与功能
Material Maker 提供了约 150 个内置节点，分为多种类别，涵盖纹理生成、变换、滤镜、数学运算等功能。节点设计模块化，每个节点专注于单一功能，便于组合使用。以下是主要节点类型及其设计特点：
- 基础节点：
- 生成节点：如 Uniform（纯色）、Noise（Perlin、Voronoi、Simplex 噪声）、Shapes（圆形、矩形、多边形）。这些节点用于生成基础纹理或图案。
- 图案节点：如 Brick（砖墙）、Checkerboard（棋盘格），提供常见纹理模式。
- SDF 节点：基于 Signed Distance Functions（签名距离场），包括 2D 和 3D SDF 节点（如 Circle、Box、Sphere），支持布尔运算（Union、Intersection）、平滑变换等，用于精确形状描述。
- 变换节点：
- Transform：包括 Scale（缩放）、Rotate（旋转）、Translate（平移），用于修改纹理的几何属性。
- Warp：基于输入纹理扭曲输出（如波纹效果）。
- Non-Uniform：如 Slope Blur（斜坡模糊），用于高级纹理变形。
- 滤镜节点：
- Blur：高斯模糊、运动模糊等。
- Edge Detect：边缘检测，用于提取纹理特征。
- Normal Map：从高度图生成法线贴图，1.4 版本优化了精度。
- 数学节点：
- Math：支持加、减、乘、除、sin、cos 等操作，处理数值或纹理通道。
- Blend：混合多个纹理，支持多种混合模式（如 Normal、Multiply、Overlay）。
- 高级节点（1.4 版本新增或改进）：
- Mesh Map：生成网格特定地图，如环境遮挡（Ambient Occlusion）、曲率（Curvature）或厚度（Thickness）。支持导入 3D 模型并实时更新。
- Triplanar Mapping：三平面映射，优化 3D 模型上的纹理投影，减少拉伸。
- Transform（草地专用）：为特定材质（如草地）提供优化变换逻辑。
- 自定义节点：
- 用户可以通过 UI 创建 Group Nodes（将多个节点封装为一个复用节点）或 Shader Nodes（直接编写 GLSL 代码）。
- 1.4 版本改进了自定义节点的保存和共享机制，支持社区贡献新节点。
3. 节点连接机制
节点通过输入/输出端口连接，数据流遵循以下规则：
- 端口类型：
- 输入端口：接受纹理（RGBA、灰度）、数值（float、vector）或布尔值。
- 输出端口：生成对应类型的纹理或值。
- 端口类型明确，防止错误连接（例如，纹理端口不能连接到数值端口）。
- 连接规则：有向无环图（DAG）确保无循环依赖，Godot 的 GraphEdit 自动检测并阻止循环连接。
- 动态端口：某些节点（如 Blend）支持动态添加输入端口，增加灵活性。
- 数据流：节点按连接顺序计算，输出纹理在 GPU 上通过着色器处理，实时更新预览。
连接过程完全可视化，用户拖动连线即可完成，Godot 的信号机制在底层处理数据传递。
4. 实现方式（基于 Godot）
Material Maker 的节点系统深度依赖 Godot 的特性：
- 节点作为 Godot 场景：每个节点是一个 Godot 场景，包含 UI（基于 Control 节点）和逻辑（GDScript 或 C++）。这使得节点易于扩展和维护。
- 着色器生成：节点图被解析为 GLSL 着色器，Material Maker 使用自定义着色器生成器将节点逻辑转换为 GPU 可执行代码。1.4 版本重写了着色器生成器，利用 Godot 4 的 RenderingDevice API，优化性能和精度。
- 实时预览：利用 Godot 的 Viewport 节点，节点输出实时渲染为 2D 纹理或 3D 模型表面效果。预览支持动态调整分辨率（低至 256×256，高至 4K. 。✅
- 事件驱动：节点参数调整（如滑块变化）触发 Godot 信号，自动更新下游节点和预览。
5. 优化措施
节点系统设计注重性能和用户体验：
- 增量更新：仅重新计算受更改影响的节点，减少 GPU 负载。
- GPU 加速：所有纹理操作在 GPU 上执行，利用 Godot 的 GLSL 着色器支持。
- 缓存机制：节点输出缓存到纹理缓冲区，避免重复计算。
- 1.4 版本优化：
- 32 位浮点缓冲区解决法线贴图失真问题。
- 新增 Mesh Map 节点的动态更新机制，当模型更改时仅重建必要输出。
- 改进着色器生成效率，减少编译时间。
6. 设计理念与原则
- 直观性：节点系统旨在让非程序员也能创建复杂纹理，通过拖拽和可视化参数调整实现「所见即所得」。
15 - 模块化：每个节点功能单一，易于组合和复用，符合 Godot 的「节点即一切」哲学。
- 扩展性：支持用户自定义节点和社区贡献，1.4 版本进一步简化了节点共享流程。
- 跨引擎兼容：节点图生成的纹理和着色器兼容 Godot、Unity、Unreal 等引擎，输出标准 PBR 通道（Albedo、Normal、Roughness 等）。
- 开源驱动：MIT 许可证鼓励社区修改和扩展，开发者 RodZill4 积极采纳社区反馈（如新 SDF 节点）。
7. 工作流程示例
以下是一个典型节点图创建程序化纹理的流程：
- 添加 Perlin Noise 节点生成基础噪声纹理。
- 连接到 Warp 节点，添加扭曲效果。
- 连接到 Normal Map 节点，生成法线贴图。
- 添加 Blend 节点，混合噪声与 Brick Pattern 节点，调整混合模式。
- 输出到 Material 节点，生成 Albedo、Normal、Roughness 通道。
- 实时预览结果，调整参数（如噪声频率、砖墙大小），导出纹理或应用到 3D 模型。
8. 局限性与未来改进
- 局限性：
- 复杂节点图可能导致性能瓶颈，尤其在高分辨率纹理下（尽管 1.4 版本已优化）。
- 学习曲线：虽然直观，但新手可能需要时间熟悉节点组合逻辑。
- 3D 绘画功能仍较基础，相比 Substance Painter 有差距。
- 未来方向（基于社区反馈和开发者计划）：
- 进一步优化着色器性能，减少 GPU 负载。
- 增加更多高级节点，如 AI 驱动的纹理生成节点。
- 增强 3D 绘画功能，支持更复杂的笔刷和蒙版。
总结
Material Maker 的节点系统通过 Godot 的 GraphEdit 和着色器系统，实现了直观、模块化且高效的程序化纹理生成。约 150 个节点覆盖了从基础图案到高级 PBR 材质的广泛需求，1.4 版本的优化（如 32 位缓冲区、Mesh Map 节点）进一步提升了性能和功能。设计注重用户友好性和扩展性，完美契合独立开发者需求。
如果你想深入某个节点类型（如 SDF 或 Mesh Map）的实现细节、查看具体节点图示例，或基于 Material Maker 开发类似系统，请告诉我，我可以提供更详细的分析或指导！