Material Maker 剪切（Shear）节点完全指南：原理、参数与着色器实现-开发者社区

桌面应用
图形学
3D渲染
图像处理

【免费下载链接】material-maker

A procedural textures authoring and 3D model painting tool based on the Godot game engine

项目地址：https://gitcode.com/gh_mirrors/ma/material-maker

导读：本文以 Shear 节点官方文档为骨架，结合节点定义文件 shear.mmg 与引擎生成代码，系统讲解 Material Maker 中剪切变换节点的输入输出约定、三个核心参数（Direction / Amount / Center）、着色器层面的数学原理及实战使用建议。读完本文，你将能准确理解该节点"沿 X 或 Y 轴弯曲输入图像"的机制，并能在自己的材质图（material graph）中精准控制剪切方向、强度与中心位置。

Shear 节点概述

在 Material Maker 的节点体系中，Transform（变换）类节点负责改变输入图像的几何结构，这一分类在 nodes_transform.rst 中有明确说明：

The transform nodes are nodes that affect the geometry of their input.

Shear节点正是其中一员。按官方文档的定义，它是一个variadic（可变输入数）节点，会将输入沿 X 轴或 Y 轴进行弯曲（bend），实现类似"斜切 / 平行四边形变形"的效果：

TheShearnode is variadic and bends inputs along the X or Y axis.

节点定义文件 shear.mmg 中对节点的完整描述为：

Performs a shear stress transform on its input

即"对其输入执行剪应力变换"——这也是中文翻译（见 zh.csv）中的对应表述。

输入与输出约定

输入（Inputs）

Shear 节点接受一个或多个 RGBA 输入。在 shear.mmg 中，输入定义如下：

"inputs": [ { "default": "vec4(1.0)", "label": "", "longdesc": "The input image", "name": "in#", "shortdesc": "Input#", "type": "rgba" } ]

值得注意的细节：

输入名为in#，其中的#表示该输入是可复制扩展的——这是 Material Maker 中 variadic（可变输入数）节点的标志，在节点界面上可以点击输入端口旁的加号添加更多输入，每个输入共享同一套处理逻辑；
输入类型为rgba，即四通道彩色图像（RGBA）；
每个输入都有默认值vec4(1.0)（白色），因此即使未连接上游节点，该输入也会被当作纯白 RGBA 处理，不会导致渲染错误。

输出（Outputs）

节点输出经过剪切变形后的 RGBA 图像。输出定义如下：

"outputs": [ { "longdesc": "Shows the transformed image", "rgba": "$in#($uv+$amount*($uv.yx-vec2($center))*vec2($direction))", "shortdesc": "Output#", "type": "rgba" } ]

输出类型同样为rgba，可直接接入后续的变换、滤镜、混合或输出节点。

参数详解

官方文档指出 Shear 节点有两个参数：direction（效果方向，水平或垂直）与offset（输入的弯曲量）。不过结合节点定义源码，实际参数为三个，其中文档所说的offset对应源码中的Amount参数。完整参数如下表：

参数名	类型	默认值	取值范围	步进	说明
Direction	enum	Horizontal	Horizontal / Vertical	—	剪切变换的方向（水平或垂直）
Amount	float	0	-1 ～ 1	0.01	变换量（弯曲强度）
Center	float	0	0 ～ 1	0.01	剪切中心位置

Direction（方向）

在 shear.mmg 中，Direction 被定义为枚举（enum）类型：

{ "default": 1, "longdesc": "The direction of the shear transform (horizontal or vertical)", "name": "direction", "type": "enum", "values": [ { "name": "Horizontal", "value": "1.0, 0.0" }, { "name": "Vertical", "value": "0.0, 1.0" } ] }

该枚举的取值并非简单索引，而是参与着色器计算的二维方向向量：

Horizontal→vec2(1.0, 0.0)：剪切沿 X 轴方向作用；
Vertical→vec2(0.0, 1.0)：剪切沿 Y 轴方向作用。

Amount（变换量，即文档中的 offset）

Amount 控制剪切强度，源码定义如下：

{ "control": "None", "default": 0, "longdesc": "The amount of the transform", "max": 1, "min": -1, "name": "amount", "step": 0.01, "type": "float" }

要点：

取值范围为-1 ～ 1，步进 0.01，可在参数面板中精细调节；
正负号决定剪切方向：正值沿正方向斜切，负值反向斜切；
值为 0 时输入完全不发生变形；
需要说明的是，内置素材库 base.json 中注册的 Shear 节点条目（"type": "shear"、"tree_item": "Transform/Shear"）默认参数为amount: 1.0，即从素材库拖入时默认带有明显剪切效果；而通过其他方式新建的节点则以 shear.mmg 中的amount: 0为默认。

Center（剪切中心）

Center 是文档简写为 "offset" 之外、源码中明确存在的第三个参数，用于指定剪切中心位置：

{ "control": "None", "default": 0, "longdesc": "The position of the shear center", "max": 1, "min": 0, "name": "center", "step": 0.01, "type": "float" }

取值范围0 ～ 1，对应纹理 UV 坐标空间（0 为图像一侧边缘，1 为另一侧边缘）；
位于剪切中心的像素行（或列）完全不发生位移，远离中心的像素则按距离线性偏移；
默认值 0 表示剪切中心在图像的一侧边缘，此时效果表现为整幅图像朝一个方向"倾斜"；将其设为 0.5 则图像以中线为轴、两侧对称反向错位。

着色器实现原理

Shear 节点的核心是其输出表达式（shear.mmg 第 32 行）：

$in#( $uv + $amount * ( $uv.yx - vec2($center) ) * vec2($direction) )

这一行是理解该节点全部行为的钥匙，其中各记号含义如下：

记号	含义
`$in#`	第 # 个输入图像（即输入的 RGBA 纹理采样函数）
`$uv`	当前片元的 UV 坐标（二维）
`$amount`	Amount 参数（变换量）
`$uv.yx`	UV 坐标的 x、y 分量互换（即`(uv.y, uv.x)`）
`$center`	Center 参数（剪切中心）
`$direction`	Direction 枚举展开后的二维方向向量

将方向向量代入后，表达式可拆解为两种情形：

Horizontal（方向向量 = (1, 0)）：

采样坐标 = uv + amount * (uv.y - center, 0)

即 x 坐标偏移量为amount * (uv.y - center)，y 坐标不变。结果：当uv.y == center时偏移为 0，其余各行沿 X 方向按与中心的距离线性错位——图像呈现沿 X 轴倾斜的平行四边形变形。

Vertical（方向向量 = (0, 1)）：

采样坐标 = uv + (0, amount * (uv.x - center))

即 y 坐标偏移量为amount * (uv.x - center)，x 坐标不变。结果：图像沿 Y 轴方向倾斜。

这正是"剪应力（shear stress）变换"名称的由来：类似于材料力学中平行平面相对滑移的变形方式，图像中的直线在剪切后仍保持平行，但整体发生斜向错动。

关于采样与预处理的实现细节

在引擎侧，这类以shader_model字典描述的节点由 gen_shader.gd 负责转换：

shader_model中的inputs、outputs、parameters会经预处理后注册为节点的端口定义与参数面板（参见 get_input_defs() 与 get_parameter_defs()）；
$in#、$uv等占位符会在生成最终 Godot 着色器时被逐一替换为实际的输入采样函数与 UV 变量（同类占位符模式也可在 gen_sdf.gd 中看到，其使用$uv构建 UV 表达式）；
由于剪切是通过改写采样坐标而非重新绘制几何实现的，图像边缘之外的区域会出现拉伸或空白，具体表现取决于上游图像是否平铺（tileable）以及渲染时的边界采样策略。

使用场景与实践建议

结合上述原理，Shear 节点在材质制作中的典型用法包括：

制造动感与错位纹理：对砖墙、栅格等规律性纹理施加较小幅度的水平剪切（如amount = 0.1），可使图案呈现倾斜的透视感或"被风吹动"的错位效果；
制作平行四边形贴花：配合 Center 参数（如 0.5）可让纹理以中线为轴对称错位，适合模拟道路标线、斜纹编织等图案；
作为变形链的一环：Shear 与 Translate / Rotate / Scale / Warp 等同属 Transform 大类（见 nodes_transform.rst），可串联使用。需要说明的是，普通 Transform 节点（node_transform.rst）还额外支持用灰度输入图像逐像素调制变换参数，而 Shear 节点当前并未提供该能力；
制作平铺化纹理的斜向衔接：若上游纹理本身可平铺，剪切后仍能保持平铺特性，适合制作无限延伸的斜纹表面。

本地化与素材库注册信息

在 zh.csv 中，该节点被翻译为"切变"，参数翻译分别为：方向（"剪切变换的方向（水平或垂直）"）、变换量、中心（"剪切中心位置"）；
在素材库 base.json 中，节点以"display_name": "Shear"、"icon": "transform_shear"注册，归类于素材树Transform/Shear目录下；
节点的中文说明文本（如"Performs a shear stress transform on its input"）也同步收录于翻译模板 material-maker-all.pot 中，供多语言界面使用。