Three.js 中TSL材质系统的UV节点扩展探讨

Three.js 的TSL（Three.js Shader Language）材质系统在最新版本中引入了基于节点的着色器编程方式，这为开发者提供了更强大的材质定制能力。然而，在实际使用中，开发者们发现缺少直接修改UV坐标的节点功能，这引发了关于如何优雅扩展材质系统的深入讨论。

UV修改的需求场景

在传统着色器编程中，开发者经常需要修改模型的UV坐标来实现各种效果，比如：

• 精灵图动画（Sprite Sheet Animation）
• 动态纹理位移
• 自定义UV映射算法

在旧版Three.js中，开发者可以通过直接替换着色器代码中的UV相关片段来实现这些效果。但随着TSL节点化材质系统的引入，这种直接修改底层代码的方式变得不再适用。

TSL中的UV处理方案

TSL系统提供了几种处理UV坐标的方式：

1. 通过varying节点在顶点着色器阶段计算UV：

const customUV = rotate(uv(), time).mul(2).varying();
const sample = texture(map, customUV);

2. 直接修改Texture对象的属性：

map.channel = ...;
map.offset = ...;
map.repeat = ...;

3. 创建自定义函数处理UV：

function toSpriteSheetMaterial(material) {
    const frame = time;
    const ssUV = spritesheetUV(vec2(2, 2), uv(), frame);
    material.colorNode = texture(material.map, ssUV);
    return material;
}

材质扩展的哲学转变

TSL系统倡导的是一种"节点优先"的设计理念，这与传统的"全局替换"思路有本质区别：

1. 显式优于隐式：要求开发者明确指定UV变换，而不是隐式替换全局UV
2. 组合优于继承：通过组合节点来构建效果，而不是通过继承或修改现有材质
3. 稳定性优先：避免全局修改可能带来的副作用，保证API稳定性

实际应用建议

对于需要在顶点着色器阶段修改UV的场景，建议：

1. 使用.varying()方法将计算提升到顶点着色器
2. 保持UV计算的一致性，确保所有相关纹理使用相同的UV变换

对于需要扩展内置材质的情况，建议：

1. 创建专门的节点来处理特定功能
2. 通过替换材质的相关节点来实现扩展，而不是修改内部实现
3. 考虑将常用功能封装为可重用节点库

总结

Three.js的TSL系统代表了着色器编程的未来方向，虽然需要开发者改变一些传统的工作方式，但提供了更强大、更稳定的材质定制能力。理解并适应这种"节点化思维"，将帮助开发者更好地利用这套系统创建复杂而高效的着色器效果。

随着TSL系统的不断完善，相信会有更多便捷的节点类型和工具函数被加入，进一步简化开发者的工作流程。