【URP】Unity[视差遮挡贴图]原理剖析实践

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

视差遮挡贴图（Parallax Occlusion Mapping, POM）介绍

视差遮挡贴图是视差贴图技术的高阶实现，通过‌光线步进（Raymarching）算法‌精确计算视线与高度图的交点，模拟复杂表面（如砖墙、岩石）的几何遮挡效果。相比标准视差贴图，POM能更真实地表现深度变化和自阴影，适用于高精度材质表现。
核心原理

• ‌分层深度检测‌将视线方向在切线空间分解为多层（通常8-15层），逐层采样高度图，通过二分法逼*视线与表面的交点。
  
• ‌动态采样优化‌根据视角与法线的夹角动态调整采样层数（**行视角增加层数，垂直视角减少层数），*衡精度与性能。
  
• ‌遮挡关系重建‌通过交点处的UV偏移修正纹理采样位置，模拟凹凸表面的光线遮挡效果。
  

Unity URP 实现示例与原理详解

代码关键点解析

• ‌动态采样层数‌
  
  
  
  • 通过lerp(_MaxSamples, _MinSamples, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)))实现视角自适应分层，优化性能。
    
  
  
• ‌光线步进循环‌
  
  
  
  • 循环比较当前层高度与采样深度，找到首个交点区间，避免全精度遍历。
    
  
  
• ‌二分法优化‌
  
  
  
  • 在初步交点区间内使用lerp插值计算精确UV，减少采样次数。
    
  
  
• ParallaxOcclusionMapping.shader
  1. Shader "Universal Render Pipeline/POM"
  2. {
  3.     Properties
  4.     {
  5.         _MainTex("Albedo", 2D) = "white" {}
  6.         _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
  7.         _HeightMap("Height Map", 2D) = "white" {}
  8.         _ParallaxScale("Height Scale", Range(0, 0.1)) = 0.05
  9.         _MinSamples("Min Samples", Int) = 8
  10.         _MaxSamples("Max Samples", Int) = 15
  11.     }
  13.     SubShader
  14.     {
  15.         Tags { "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }
  17.         HLSLINCLUDE
  18.         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  20.         TEXTURE2D(_MainTex);    SAMPLER(sampler_MainTex);
  21.         TEXTURE2D(_NormalMap);  SAMPLER(sampler_NormalMap);
  22.         TEXTURE2D(_HeightMap);  SAMPLER(sampler_HeightMap);
  23.         float _ParallaxScale;
  24.         int _MinSamples, _MaxSamples;
  26.         float2 ParallaxOcclusionMapping(float3 viewDirTS, float2 uv)
  27.         {
  28.             // 动态计算采样层数
  29.             int numSamples = (int)lerp(_MaxSamples, _MinSamples, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)));
  30.             float layerHeight = 1.0 / numSamples;
  31.             float2 deltaUV = _ParallaxScale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numSamples;
  33.             // 光线步进初始化
  34.             float currentLayerHeight = 0;
  35.             float2 currentUV = uv;
  36.             float currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;
  38.             // 分层检测
  39.             [loop]
  40.             for (int i = 0; i < 15; ++i) {
  41.                 if (currentLayerHeight >= currentDepth) break;
  42.                 currentUV -= deltaUV;
  43.                 currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;
  44.                 currentLayerHeight += layerHeight;
  45.             }
  47.             // 二分法精确交点
  48.             float2 prevUV = currentUV + deltaUV;
  49.             float prevDepth = currentDepth - layerHeight;
  50.             float weight = (currentLayerHeight - currentDepth) / (prevDepth - currentDepth);
  51.             return lerp(currentUV, prevUV, weight);
  52.         }
  53.         ENDHLSL
  55.         Pass
  56.         {
  57.             HLSLPROGRAM
  58.             #pragma vertex vert
  59.             #pragma fragment frag
  61.             struct Attributes
  62.             {
  63.                 float4 positionOS : POSITION;
  64.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  65.                 float3 normalOS : NORMAL;
  66.                 float4 tangentOS : TANGENT;
  67.             };
  69.             struct Varyings
  70.             {
  71.                 float4 positionCS : SV_POSITION;
  72.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  73.                 float3 viewDirTS : TEXCOORD1;
  74.             };
  76.             Varyings vert(Attributes IN)
  77.             {
  78.                 Varyings OUT;
  79.                 VertexPositionInputs posInput = GetVertexPositionInputs(IN.positionOS.xyz);
  80.                 OUT.positionCS = posInput.positionCS;
  82.                 // 转换视角方向到切线空间
  83.                 VertexNormalInputs normInput = GetVertexNormalInputs(IN.normalOS, IN.tangentOS);
  84.                 float3 viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(posInput.positionWS);
  85.                 OUT.viewDirTS = TransformWorldToTangent(viewDirWS,
  86.                     normInput.tangentWS, normInput.bitangentWS, normInput.normalWS);
  88.                 OUT.uv = IN.uv;
  89.                 return OUT;
  90.             }
  92.             half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
  93.             {
  94.                 // 计算POM偏移后的UV
  95.                 float2 pomUV = ParallaxOcclusionMapping(normalize(IN.viewDirTS), IN.uv);
  97.                 // 采样最终纹理
  98.                 half4 albedo = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, pomUV);
  99.                 half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, pomUV));
  101.                 return half4(albedo.rgb, 1);
  102.             }
  103.             ENDHLSL
  104.         }
  105.     }
  106. }

  复制代码

技术对比与性能建议

特性标准视差贴图陡峭视差贴图POM‌采样次数‌单次5-15次8-15次+二分法‌陡峭表面精度‌低中高‌适用*台‌移动端PC/主机高端PC‌推荐参数‌Scale=0.02Scale=0.05Scale=0.03-0.07实际应用中需注意：

• 高度图建议使用法线贴图的Alpha通道节省资源
  
• 过高的_ParallaxScale可能导致边缘拉伸，建议不超过0.1
  
• 移动端可减少_MaxSamples至8层以降低开销
  

<blockquote>
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达
（欢迎点赞留言探讨，更多人加入进来能更加完善这个探索的过程，
来源：程序园用户自行投稿发布，如果侵权，请联系站长删除
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！

感谢分享

喜欢鼓捣这些软件，现在用得少，谢谢分享！