如何实现Godot顶点Shader沿Path3D弯曲网格（仿Blender Curve修改器）

一、修复曲线方向导致的着色错误（重新计算法线） #

曲线方向引发的着色问题，核心是原网格法线未适配曲线的局部坐标系变换。需基于Path3D采样的TBN（切线、副法线、法线）矩阵，重新计算弯曲后的顶点法线：

1. 确保TBN矩阵正交归一化
   在生成Path3D纹理时，对每个采样点的切线、副法线、法线做正交归一化处理，避免曲线缩放或非正交导致的法线变形。GDScript处理示例：

var tangent = path.get_tangent_at_offset(offset).normalized()
var normal = path.get_normal_at_offset(offset).normalized()
var binormal = tangent.cross(normal).normalized()
# 重新正交化保证TBN矩阵正交性
normal = binormal.cross(tangent).normalized()

2. 顶点Shader中变换法线
   将原网格的局部法线通过TBN矩阵转换为适配曲线的法线，再转换到视图空间：

shader_type spatial;

uniform sampler2D path_data; // 纹理存储：RGB=位置/A=切线X；RGB=法线/A=切线Y；RGB=副法线/A=切线Z
uniform float path_length;
uniform vec3 mesh_bend_axis = vec3(1,0,0); // 网格原始弯曲轴（如X轴）

varying vec3 v_normal;

void vertex() {
    // 计算顶点沿弯曲轴的进度（范围可超出0~1）
    float t = dot(VERTEX, mesh_bend_axis) / path_length;
    
    // 采样Path3D的TBN与位置数据
    vec4 pos_tan_x = texture(path_data, vec2(t, 0.0));
    vec4 norm_tan_y = texture(path_data, vec2(t, 0.333));
    vec4 binorm_tan_z = texture(path_data, vec2(t, 0.666));
    
    vec3 path_pos = pos_tan_x.rgb;
    vec3 path_tangent = vec3(pos_tan_x.a, norm_tan_y.a, binorm_tan_z.a);
    vec3 path_normal = norm_tan_y.rgb;
    vec3 path_binormal = binorm_tan_z.rgb;
    
    // 构建列优先TBN矩阵（适配Godot矩阵布局）
    mat3 TBN = mat3(path_tangent, path_binormal, path_normal);
    
    // 计算顶点在曲线局部空间的偏移量
    vec3 local_offset = VERTEX - dot(VERTEX, mesh_bend_axis) * mesh_bend_axis;
    
    // 变换偏移量得到弯曲后的顶点位置
    VERTEX = path_pos + TBN * local_offset;
    
    // 重新计算法线：将原局部法线通过TBN矩阵变换
    vec3 local_normal = NORMAL;
    v_normal = TBN * local_normal;
    v_normal = (VIEW_MATRIX * vec4(v_normal, 0.0)).xyz;
}

void fragment() {
    NORMAL = normalize(v_normal);
    // 自定义片段着色逻辑
}

二、实现曲线短于网格时不截断的效果 #

参考Blender Curve修改器逻辑，当顶点进度t超出[0,1]范围时，沿曲线首尾切线方向直线延伸：

1. 修改顶点Shader的进度判断逻辑
   在计算t后增加边界判断，分别处理t < 0和t > 1的场景：

void vertex() {
    float t = dot(VERTEX, mesh_bend_axis) / path_length;
    
    vec3 path_pos;
    vec3 path_tangent;
    vec3 path_normal;
    vec3 path_binormal;
    
    if (t <= 0.0) {
        // 取曲线起点的TBN与位置，沿起点切线延伸
        vec4 pos_tan_x = texture(path_data, vec2(0.0, 0.0));
        vec4 norm_tan_y = texture(path_data, vec2(0.0, 0.333));
        vec4 binorm_tan_z = texture(path_data, vec2(0.0, 0.666));
        
        path_pos = pos_tan_x.rgb;
        path_tangent = vec3(pos_tan_x.a, norm_tan_y.a, binorm_tan_z.a);
        path_normal = norm_tan_y.rgb;
        path_binormal = binorm_tan_z.rgb;
        
        path_pos += t * path_tangent;
    } else if (t >= 1.0) {
        // 取曲线终点的TBN与位置，沿终点切线延伸
        vec4 pos_tan_x = texture(path_data, vec2(1.0, 0.0));
        vec4 norm_tan_y = texture(path_data, vec2(1.0, 0.333));
        vec4 binorm_tan_z = texture(path_data, vec2(1.0, 0.666));
        
        path_pos = pos_tan_x.rgb;
        path_tangent = vec3(pos_tan_x.a, norm_tan_y.a, binorm_tan_z.a);
        path_normal = norm_tan_y.rgb;
        path_binormal = binorm_tan_z.rgb;
        
        path_pos += (t - 1.0) * path_tangent;
    } else {
        // 正常采样曲线数据
        vec4 pos_tan_x = texture(path_data, vec2(t, 0.0));
        vec4 norm_tan_y = texture(path_data, vec2(t, 0.333));
        vec4 binorm_tan_z = texture(path_data, vec2(t, 0.666));
        
        path_pos = pos_tan_x.rgb;
        path_tangent = vec3(pos_tan_x.a, norm_tan_y.a, binorm_tan_z.a);
        path_normal = norm_tan_y.rgb;
        path_binormal = binorm_tan_z.rgb;
    }
    
    // 后续TBN变换、顶点位置与法线计算逻辑保持不变
    mat3 TBN = mat3(path_tangent, path_binormal, path_normal);
    vec3 local_offset = VERTEX - dot(VERTEX, mesh_bend_axis) * mesh_bend_axis;
    VERTEX = path_pos + TBN * local_offset;
    
    vec3 local_normal = NORMAL;
    v_normal = TBN * local_normal;
    v_normal = (VIEW_MATRIX * vec4(v_normal, 0.0)).xyz;
}

2. 适配顶点进度计算
   若网格无自带进度属性，可通过顶点沿弯曲轴的坐标除以网格总长度计算，比如网格沿X轴从0到5，则t = VERTEX.x / 5.0，确保曲线长度不足时触发延伸逻辑。

三、额外细节优化 #

• 纹理采样精度：生成Path3D纹理时使用足够高的分辨率（如1024x3），避免插值误差。
• 切线方向一致性：确保Path3D的切线方向全程连续，防止方向反转引发的顶点偏移。
• 缩放适配：若网格存在缩放，计算t时需加入缩放因子，避免进度计算偏差。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user16909741