【URP】Unity[置换贴图]原理与实践

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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）：

1. csharp
2. // 动态修改置换强度
3. void Update() {
4.     decalProjector.material.SetFloat("_DisplacementScale", intensity);
5. }

复制代码

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

1. csharp
2. // C#脚本动态加载置换材质
3. void ApplyDisplacementToTerrain() {
4.     TerrainLayer layer = new TerrainLayer();
5.     layer.diffuseTexture = rockAlbedo;
6.     layer.normalMapTexture = rockNormal;
7.     layer.maskMapTexture = displacementMap;// 置换贴图
8.     Terrain.activeTerrain.terrainData.terrainLayers = new TerrainLayer[]{ layer };
9. }

复制代码

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‌：
  1. csharp
  2. // 通过RenderTexture实时绘制裂缝
  3. void UpdateCrackTexture(Vector3 hitPoint) {
  4.     Graphics.Blit(crackBrush, displacementRT, displacementMat);
  5.     Shader.SetGlobalTexture("_DynamicDisplacement", displacementRT);
  6. }

  复制代码
• ‌Shader动态采样‌：
  1. hlsl
  2. float height = tex2Dlod(_DynamicDisplacement, float4(uv,0,0)).r;
  3. v.vertex.y += height * _DisplacementScale;

  复制代码

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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