【URP】Unity[陡峭视差贴图]原理剖析实践

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