news 2026/8/24 10:01:35

【URP】Unity[视差贴图]模拟[风格化地形]实践

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
【URP】Unity[视差贴图]模拟[风格化地形]实践

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

Shader "Universal Render Pipeline/StylizedRockParallax"

{

Properties

{

[Header(Base Textures)]

_MainTex("Albedo (RGB)", 2D) = "white" {}

_NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}

_HeightMap("Height Map", 2D) = "white" {}

_RampTex("Stylized Ramp", 2D) = "white" {}

[Header(Parallax Settings)]

_ParallaxScale("Depth Scale", Range(0, 0.15)) = 0.08

_LayerBias("Layer Bias", Range(0.1, 0.5)) = 0.3

_MinLayers("Min Layers", Int) = 5

_MaxLayers("Max Layers", Int) = 12

[Header(Stylized Lighting)]

_RimPower("Rim Power", Range(1, 10)) = 3

_ShadowTint("Shadow Tint", Color) = (0.3,0.3,0.4,1)

}

SubShader

{

Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }

HLSLINCLUDE

#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"

#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"

TEXTURE2D(_MainTex); SAMPLER(sampler_MainTex);

TEXTURE2D(_NormalMap); SAMPLER(sampler_NormalMap);

TEXTURE2D(_HeightMap); SAMPLER(sampler_HeightMap);

TEXTURE2D(_RampTex); SAMPLER(sampler_RampTex);

float _ParallaxScale;

float _LayerBias;

int _MinLayers, _MaxLayers;

float _RimPower;

float4 _ShadowTint;

// 陡峭视差映射核心算法

float2 SteepParallaxMapping(float3 viewDirTS, float2 uv)

{

// 动态层数计算(平视视角增加层数)

int numLayers = (int)lerp(_MaxLayers, _MinLayers, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)));

float layerHeight = 1.0 / numLayers;

float2 deltaUV = _ParallaxScale * viewDirTS.xy / (viewDirTS.z + _LayerBias) / numLayers;

// 光线步进初始化

float currentLayerHeight = 0;

float2 currentUV = uv;

float currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;

// 分层深度检测

[loop]

for (int i = 0; i < _MaxLayers; ++i) {

if (currentLayerHeight >= currentDepth) break;

currentUV -= deltaUV;

currentDepth = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(_HeightMap, sampler_HeightMap, currentUV).r;

currentLayerHeight += layerHeight;

}

// 风格化插值修正

float2 prevUV = currentUV + deltaUV;

float prevDepth = currentDepth - layerHeight;

float weight = pow((currentLayerHeight - currentDepth) / (prevDepth - currentDepth + 0.001), 2);

return lerp(currentUV, prevUV, saturate(weight * 1.5));

}

// 风格化光照计算

half3 StylizedShading(float3 normalWS, float3 viewDirWS, float NdotL)

{

float rim = pow(1 - saturate(dot(normalWS, viewDirWS)), _RimPower);

float2 rampUV = float2(NdotL * 0.5 + 0.5, 0.5);

half3 rampColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_RampTex, sampler_RampTex, rampUV).rgb;

return lerp(rampColor * _ShadowTint.rgb, rampColor, saturate(NdotL + rim));

}

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;

float3 normalWS : TEXCOORD2;

float3 viewDirWS : TEXCOORD3;

float4 shadowCoord : TEXCOORD4;

};

Varyings vert(Attributes IN)

{

Varyings OUT;

VertexPositionInputs posInput = GetVertexPositionInputs(IN.positionOS.xyz);

OUT.positionCS = posInput.positionCS;

VertexNormalInputs normInput = GetVertexNormalInputs(IN.normalOS, IN.tangentOS);

float3 viewDirWS = GetWorldSpaceViewDir(posInput.positionWS);

OUT.viewDirTS = TransformWorldToTangent(viewDirWS,

normInput.tangentWS, normInput.bitangentWS, normInput.normalWS);

OUT.normalWS = normInput.normalWS;

OUT.viewDirWS = viewDirWS;

OUT.shadowCoord = GetShadowCoord(posInput);

OUT.uv = IN.uv;

return OUT;

}

half4 frag(Varyings IN) : SV_Target

{

// 计算陡峭视差UV

float2 parallaxUV = SteepParallaxMapping(normalize(IN.viewDirTS), IN.uv);

// 采样纹理

half4 albedo = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, parallaxUV);

half3 normalTS = UnpackNormal(SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, parallaxUV));

// 转换法线到世界空间

float3x3 TBN = float3x3(

normalize(cross(IN.normalWS, IN.viewDirWS)),

normalize(IN.normalWS),

normalize(IN.viewDirWS)

);

float3 normalWS = mul(TBN, normalTS);

// 光照计算

Light mainLight = GetMainLight(IN.shadowCoord);

float NdotL = saturate(dot(normalWS, mainLight.direction));

half3 lighting = StylizedShading(normalWS, normalize(IN.viewDirWS), NdotL);

return half4(albedo.rgb * lighting * mainLight.color, 1);

}

ENDHLSL

}

}

}

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

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