【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