【URP】Unity[陡峭视差贴图]原理剖析实践

【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

  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

实际应用中，建议在URP材质中同时使用法线贴图和陡峭视差贴图，并控制_ParallaxScale不超过0.1以避免性能瓶颈

---

【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，🙏）