【URP】Unity[陡峭视差贴图]原理剖析实践

转载于 2025-10-23 12:00:02 发布 · 18 阅读

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【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

陡峭视差贴图（Steep Parallax Mapping）介绍

陡峭视差贴图是标准视差贴图的进阶技术，通过‌分层采样高度图‌解决陡峭表面（如岩石、冰缝）的UV偏移失真问题。其核心原理是将视线方向在切线空间内分解为多层，逐层检测高度差以确定最终采样点，相比单次偏移计算能更精确地模拟遮挡关系。

核心优势

‌陡峭表面适应性‌：通过光线步进（Raymarching）避免标准视差贴图在接近平行视角时的拉伸失真
‌动态分层采样‌：根据视角与法线夹角动态调整采样层数（通常5-15层），平衡性能与精度
‌遮挡效果增强‌：精确计算视线与高度图的交点，模拟更真实的深度遮挡

Unity URP 实现示例与原理详解

原理说明

‌分层采样机制‌
- 根据视角与表面法线的夹角动态分配5-15层采样（numLayers），视角越平行层数越多
- 每层高度差为layerHeight，通过循环逐层比较当前高度与采样深度
‌光线步进优化‌
- 使用deltaUV控制每步UV偏移量，避免标准视差贴图的单次偏移过大问题
- 通过currentLayerHeight >= currentDepth判断终止条件，找到精确交点
‌切线空间计算‌
- 通过URP内置函数TransformWorldToTangent转换视角方向，确保偏移方向正确
- 高度图采样值取反（1 - SAMPLE_TEXTURE2D）以匹配Unity的纹理坐标系

SteepParallax.shader

/* by 01130.hk - online tools website : 01130.hk/zh/imagetogif.html */
Shader "Universal Render Pipeline/SteepParallax"
{
    Properties
    {
        _MainTex("Albedo", 2D) = "white" {}
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
        _HeightMap("Height Map", 2D) = "white" {}
        _ParallaxScale("Height Scale", Range(0, 0.1)) = 0.05
    }

    SubShader
    {
        Tags { "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

        HLSLINCLUDE
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

        TEXTURE2D(_MainTex);    SAMPLER(sampler_MainTex);
        TEXTURE2D(_NormalMap);  SAMPLER(sampler_NormalMap);
        TEXTURE2D(_HeightMap);  SAMPLER(sampler_HeightMap);
        float _ParallaxScale;

        // 陡峭视差映射核心函数
        float2 SteepParallaxMapping(float3 viewDirTS, float2 uv)
        {
            // 动态计算采样层数（视角越平行层数越多）
            float minLayers = 5;
            float maxLayers = 15;
            float numLayers = lerp(maxLayers, minLayers, abs(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)));

            // 每层高度步长
            float layerHeight = 1.0 / numLayers;
            float currentLayerHeight = 0;

            // UV偏移步长
            float2 deltaUV = _ParallaxScale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numLayers;
            float2 currentUV = uv;

            // 初始高度采样
            float currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;

            // 光线步进循环
            [loop]
            for (int i = 0; i < 15; ++i)
            {
                if (currentLayerHeight >= currentDepth) break;
                currentUV -= deltaUV;
                currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;
                currentLayerHeight += layerHeight;
            }

            return currentUV;
        }
        ENDHLSL

        Pass
        {
            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            struct Attributes
            {
                float4 positionOS : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 normalOS : NORMAL;
                float4 tangentOS : TANGENT;
            };

            struct Varyings
            {
                float4 positionCS : SV_POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float3 viewDirTS : TEXCOORD1;
            };

            Varyings vert(Attributes IN)
            {
                Varyings OUT;
                VertexPositionInputs posInput = GetVertexPositionInputs(IN.positionOS.xyz);
                OUT.positionCS = posInput.positionCS;

                // 转换视角方向到切线空间
                VertexNormalInputs normInput = GetVertexNormalInputs(IN.normalOS, IN.tangentOS);
                float3 viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(posInput.positionWS);
                OUT.viewDirTS = TransformWorldToTangent(viewDirWS, 
                    normInput.tangentWS, normInput.bitangentWS, normInput.normalWS);

                OUT.uv = IN.uv;
                return OUT;
            }

            half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
            {
                // 计算陡峭视差UV偏移
                float2 parallaxUV = SteepParallaxMapping(normalize(IN.viewDirTS), IN.uv);

                // 采样最终纹理
                half4 albedo = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, parallaxUV);
                half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, parallaxUV));

                return half4(albedo.rgb, 1);
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

性能与效果对比

维度	标准视差贴图	陡峭视差贴图
‌采样次数‌	单次采样	5-15次分层采样
‌陡峭表面表现‌	易失真	精准遮挡
‌适用平台‌	移动端	PC/主机
‌推荐参数‌	`_ParallaxScale=0.02`	`_ParallaxScale=0.05`