【URP】Unity[置换贴图]原理与实践

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置换贴图（Displacement Map）是一种通过修改顶点位置来实现表面凹凸细节的技术，与法线贴图仅影响光照不同，它直接改变几何形状，适用于需要真实物理变形的场景。

技术原理与解决的问题

‌功能差异‌：

• 置换贴图通过灰度值控制顶点位移（白色凸起，黑色凹陷），相比法线贴图能产生真实的轮廓阴影和遮挡效果，解决了低模表现高精度几何细节的难题。

‌性能权衡‌：

• 需要细分曲面（Tessellation）支持，计算开销大于法线贴图，但视觉效果更真实。
  • 曲面细分参看

历史发展节点

‌早期阶段‌：

• 传统Shader Model 5.0引入硬件细分曲面，Unity通过自定义Shader实现置换效果。

‌URP集成‌：

• URP 7.0+原生支持Decal Projector组件，简化了贴花（含置换效果）的投影流程。
  • Decal Projector 参看

‌优化演进‌：

• 结合SRP Batcher减少Draw Call，提升实例化渲染效率。

原理示意图：

• 置换流程：贴图采样 → 顶点偏移 → 细分曲面 → 像素着色
• 优化链路：SRP Batcher合并材质 → GPU Instancing处理动态实例

URP实现步骤

‌材质配置‌：

• 创建URP Lit Shader Graph，添加Tessellation和Displacement节点。
• 连接置换贴图（R通道）到顶点偏移量，调整细分级。

‌组件绑定‌：

• 创建Decal Projector GameObject
• 分配置换材质
• 设置投影范围（Size/Depth）和剔除层级

‌脚本控制‌（可选）：

csharp
// 动态修改置换强度
void Update() {
    decalProjector.material.SetFloat("_DisplacementScale", intensity);
}

弹孔效果实现

• 血迹/弹痕‌：通过Decal Projector动态投射到场景物体，结合碰撞检测确定UV坐标。

‌贴图生成‌：

• 使用Substance Designer或Photoshop绘制灰度图，白色区域表示弹孔凹陷深度。

‌Shader Graph配置‌：

• 添加Parallax Occlusion Mapping节点模拟深度偏移。
• 混合置换与法线贴图增强细节。

‌性能优化‌：

• 启用GPU Instancing减少相同材质的Draw Call。
• 使用MaterialPropertyBlock动态修改实例属性。
• 优化参看

置换贴图生成裂缝、岩石凸起

• ‌地形细节‌：与Terrain系统配合，在运行时置换顶点生成裂缝或岩石凸起。
• 通过置换贴图动态修改地形顶点生成裂缝/岩石凸起的完整实现方案，结合Terrain系统与Shader Graph。

核心原理

• ‌置换贴图作用‌：灰度图控制顶点位移（白色凸起，黑色凹陷），需配合曲面细分（Tessellation）增加几何精度
• ‌URP适配‌：通过Shader Graph的Tessellation节点和Height节点实现硬件细分与顶点偏移
• ‌地形融合‌：将置换Shader作为Terrain Layer材质，动态影响局部顶点

完整实现步骤

置换贴图生成

• ‌工具选择‌：使用Substance Designer或Photoshop绘制灰度图（岩石凸起区域为白色，裂缝为黑色）
• ‌规范要求‌：
  • 分辨率：2048x2048（匹配地形尺寸）
    格式：PNG无损压缩
    色彩空间：Linear

Shader Graph配置

• [Height Map] → [Sample Texture 2D] → [Remap(0-1 to -1-1)]
• [Tessellation]节点设置细分级别（Edge:16, Inside:8）
• [Parallax Occlusion]节点增强深度感知
• 混合法线贴图与置换效果

Terrain系统集成

csharp
// C#脚本动态加载置换材质
void ApplyDisplacementToTerrain() {
    TerrainLayer layer = new TerrainLayer();
    layer.diffuseTexture = rockAlbedo;
    layer.normalMapTexture = rockNormal;
    layer.maskMapTexture = displacementMap;// 置换贴图
    Terrain.activeTerrain.terrainData.terrainLayers = new TerrainLayer[]{ layer };
}

性能优化

• ‌动态细分‌：根据摄像机距离调整细分因子（UnityDistanceBasedTess）
• ‌LOD控制‌：超过50米后禁用置换效果
• ‌批次合并‌：启用SRP Batcher减少Draw Call

动态裂缝生成

• ‌运行时修改贴图‌：

  csharp
  // 通过RenderTexture实时绘制裂缝
  void UpdateCrackTexture(Vector3 hitPoint) {
      Graphics.Blit(crackBrush, displacementRT, displacementMat);
      Shader.SetGlobalTexture("_DynamicDisplacement", displacementRT);
  }
  

• ‌Shader动态采样‌：

  hlsl
  float height = tex2Dlod(_DynamicDisplacement, float4(uv,0,0)).r;
  v.vertex.y += height * _DisplacementScale;
  

技术对比

方案	优点	缺点	适用场景
法线贴图	性能开销低	无真实几何变形	小范围表面细节
视差遮蔽映射	中等精度遮挡效果	高频细节失真	砖墙/地板接缝
‌置换贴图‌	真实几何变形	需硬件细分支持	地形/大规模结构变形

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调试建议

• ‌可视化模式‌：启用URP的Depth Normals Pass检查细分效果
• ‌参数调优‌：
  • _TessellationEdgeLength：控制细分密度（建议值8-20）
    _DisplacementScale：位移强度（建议值0.1-2.0）

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