【URP】Unity[视差贴图]模拟[风格化地形]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)实现原理

陡峭视差贴图通过‌分层深度比较‌和‌动态UV偏移‌技术增强岩石表面立体感.
‌视角自适应分层采样‌

• 根据视线与表面法线的夹角动态分配采样层数（平视视角增加至12层，俯视视角减少至5层），解决标准视差贴图在平视角度下的失真问题
  

‌深度图梯度修正‌

• 引入_LayerBias参数（推荐值0.2-0.4）调整UV偏移量计算公式，避免陡峭区域出现采样断裂：
  

$\Delta UV=\frac{ParallaxScale \cdot ViewDir_{xy}}{(ViewDir_z+LayerBias) \cdot LayerCount}$
‌风格化深度增强‌

• 在最终插值阶段使用pow(weight,2)强化轮廓对比度，配合ramp贴图实现卡通化光影过渡效果
  

URP HLSL完整实现代码

关键特性说明

• ‌动态层数优化‌：通过lerp(_MaxLayers, _MinLayers, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)))实现平视视角自动增加采样精度
  
• ‌抗失真处理‌：_LayerBias参数修正陡峭表面的UV偏移计算，避免采样断裂
  
• ‌风格化增强‌：ramp贴图控制光影过渡，边缘光强化轮廓立体感
  
• StylizedRockParallax.shader
  1. Shader "Universal Render Pipeline/StylizedRockParallax"
  2. {
  3.     Properties
  4.     {
  5.         [Header(Base Textures)]
  6.         _MainTex("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}
  7.         _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
  8.         _HeightMap("Height Map", 2D) = "white" {}
  9.         _RampTex("Stylized Ramp", 2D) = "white" {}
  11.         [Header(Parallax Settings)]
  12.         _ParallaxScale("Depth Scale", Range(0, 0.15)) = 0.08
  13.         _LayerBias("Layer Bias", Range(0.1, 0.5)) = 0.3
  14.         _MinLayers("Min Layers", Int) = 5
  15.         _MaxLayers("Max Layers", Int) = 12
  17.         [Header(Stylized Lighting)]
  18.         _RimPower("Rim Power", Range(1, 10)) = 3
  19.         _ShadowTint("Shadow Tint", Color) = (0.3,0.3,0.4,1)
  20.     }
  22.     SubShader
  23.     {
  24.         Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }
  26.         HLSLINCLUDE
  27.         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  28.         #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"
  30.         TEXTURE2D(_MainTex);    SAMPLER(sampler_MainTex);
  31.         TEXTURE2D(_NormalMap);  SAMPLER(sampler_NormalMap);
  32.         TEXTURE2D(_HeightMap);  SAMPLER(sampler_HeightMap);
  33.         TEXTURE2D(_RampTex);    SAMPLER(sampler_RampTex);
  35.         float _ParallaxScale;
  36.         float _LayerBias;
  37.         int _MinLayers, _MaxLayers;
  38.         float _RimPower;
  39.         float4 _ShadowTint;
  41.         // 陡峭视差映射核心算法
  42.         float2 SteepParallaxMapping(float3 viewDirTS, float2 uv)
  43.         {
  44.             // 动态层数计算（平视视角增加层数）
  45.             int numLayers = (int)lerp(_MaxLayers, _MinLayers, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)));
  46.             float layerHeight = 1.0 / numLayers;
  47.             float2 deltaUV = _ParallaxScale * viewDirTS.xy / (viewDirTS.z + _LayerBias) / numLayers;
  49.             // 光线步进初始化
  50.             float currentLayerHeight = 0;
  51.             float2 currentUV = uv;
  52.             float currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;
  54.             // 分层深度检测
  55.             [loop]
  56.             for (int i = 0; i < _MaxLayers; ++i) {
  57.                 if (currentLayerHeight >= currentDepth) break;
  58.                 currentUV -= deltaUV;
  59.                 currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;
  60.                 currentLayerHeight += layerHeight;
  61.             }
  63.             // 风格化插值修正
  64.             float2 prevUV = currentUV + deltaUV;
  65.             float prevDepth = currentDepth - layerHeight;
  66.             float weight = pow((currentLayerHeight - currentDepth) / (prevDepth - currentDepth + 0.001), 2);
  67.             return lerp(currentUV, prevUV, saturate(weight * 1.5));
  68.         }
  70.         // 风格化光照计算
  71.         half3 StylizedShading(float3 normalWS, float3 viewDirWS, float NdotL)
  72.         {
  73.             float rim = pow(1 - saturate(dot(normalWS, viewDirWS)), _RimPower);
  74.             float2 rampUV = float2(NdotL * 0.5 + 0.5, 0.5);
  75.             half3 rampColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_RampTex, sampler_RampTex, rampUV).rgb;
  76.             return lerp(rampColor * _ShadowTint.rgb, rampColor, saturate(NdotL + rim));
  77.         }
  78.         ENDHLSL
  80.         Pass
  81.         {
  82.             HLSLPROGRAM
  83.             #pragma vertex vert
  84.             #pragma fragment frag
  86.             struct Attributes
  87.             {
  88.                 float4 positionOS : POSITION;
  89.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  90.                 float3 normalOS : NORMAL;
  91.                 float4 tangentOS : TANGENT;
  92.             };
  94.             struct Varyings
  95.             {
  96.                 float4 positionCS : SV_POSITION;
  97.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  98.                 float3 viewDirTS : TEXCOORD1;
  99.                 float3 normalWS : TEXCOORD2;
  100.                 float3 viewDirWS : TEXCOORD3;
  101.                 float4 shadowCoord : TEXCOORD4;
  102.             };
  104.             Varyings vert(Attributes IN)
  105.             {
  106.                 Varyings OUT;
  107.                 VertexPositionInputs posInput = GetVertexPositionInputs(IN.positionOS.xyz);
  108.                 OUT.positionCS = posInput.positionCS;
  110.                 VertexNormalInputs normInput = GetVertexNormalInputs(IN.normalOS, IN.tangentOS);
  111.                 float3 viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(posInput.positionWS);
  112.                 OUT.viewDirTS = TransformWorldToTangent(viewDirWS,
  113.                     normInput.tangentWS, normInput.bitangentWS, normInput.normalWS);
  114.                 OUT.normalWS = normInput.normalWS;
  115.                 OUT.viewDirWS = viewDirWS;
  116.                 OUT.shadowCoord = GetShadowCoord(posInput);
  117.                 OUT.uv = IN.uv;
  118.                 return OUT;
  119.             }
  121.             half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
  122.             {
  123.                 // 计算陡峭视差UV
  124.                 float2 parallaxUV = SteepParallaxMapping(normalize(IN.viewDirTS), IN.uv);
  126.                 // 采样纹理
  127.                 half4 albedo = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, parallaxUV);
  128.                 half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, parallaxUV));
  130.                 // 转换法线到世界空间
  131.                 float3x3 TBN = float3x3(
  132.                     normalize(cross(IN.normalWS, IN.viewDirWS)),
  133.                     normalize(IN.normalWS),
  134.                     normalize(IN.viewDirWS)
  135.                 );
  136.                 float3 normalWS = mul(TBN, normalTS);
  138.                 // 光照计算
  139.                 Light mainLight = GetMainLight(IN.shadowCoord);
  140.                 float NdotL = saturate(dot(normalWS, mainLight.direction));
  141.                 half3 lighting = StylizedShading(normalWS, normalize(IN.viewDirWS), NdotL);
  143.                 return half4(albedo.rgb * lighting * mainLight.color, 1);
  144.             }
  145.             ENDHLSL
  146.         }
  147.     }
  148. }

  复制代码

材质配置

参数组合风格化效果_ParallaxScale=0.05 + _RimPower=5轻度凹凸+柔和边缘光_ParallaxScale=0.1 + _LayerBias=0.4强烈凹凸+抗失真处理_ShadowTint=(0.4,0.2,0.6)紫色调阴影增强风格化表现<blockquote>
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达
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