【URP】Unity[视差遮挡贴图]原理剖析实践

视差遮挡贴图（Parallax Occlusion Mapping, POM）介绍

视差遮挡贴图是视差贴图技术的高阶实现，通过‌光线步进（Raymarching）算法‌精确计算视线与高度图的交点，模拟复杂表面（如砖墙、岩石）的几何遮挡效果。相比标准视差贴图，POM能更真实地表现深度变化和自阴影，适用于高精度材质表现。

核心原理

‌分层深度检测‌将视线方向在切线空间分解为多层（通常8-15层），逐层采样高度图，通过二分法逼*视线与表面的交点。

‌动态采样优化‌根据视角与法线的夹角动态调整采样层数（**行视角增加层数，垂直视角减少层数），*衡精度与性能。

‌遮挡关系重建‌通过交点处的UV偏移修正纹理采样位置，模拟凹凸表面的光线遮挡效果。

Unity URP 实现示例与原理详解

代码关键点解析

‌动态采样层数‌

通过lerp(_MaxSamples, _MinSamples, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)))实现视角自适应分层，优化性能。

‌光线步进循环‌

循环比较当前层高度与采样深度，找到首个交点区间，避免全精度遍历。

‌二分法优化‌

在初步交点区间内使用lerp插值计算精确UV，减少采样次数。

ParallaxOcclusionMapping.shader

Shader "Universal Render Pipeline/POM"

{

Properties

{

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

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

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

_ParallaxScale("Height Scale", Range(0, 0.1)) = 0.05

_MinSamples("Min Samples", Int) = 8

_MaxSamples("Max Samples", Int) = 15

}

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;

int _MinSamples, _MaxSamples;

float2 ParallaxOcclusionMapping(float3 viewDirTS, float2 uv)

{

// 动态计算采样层数

int numSamples = (int)lerp(_MaxSamples, _MinSamples, saturate(dot(float3(0,0,1), viewDirTS)));

float layerHeight = 1.0 / numSamples;

float2 deltaUV = _ParallaxScale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numSamples;

// 光线步进初始化

float currentLayerHeight = 0;

float2 currentUV = uv;

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

// 分层检测

[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;

}

// 二分法精确交点

float2 prevUV = currentUV + deltaUV;

float prevDepth = currentDepth - layerHeight;

float weight = (currentLayerHeight - currentDepth) / (prevDepth - currentDepth);

return lerp(currentUV, prevUV, weight);

}

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POM偏移后的UV

float2 pomUV = ParallaxOcclusionMapping(normalize(IN.viewDirTS), IN.uv);

// 采样最终纹理

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

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

return half4(albedo.rgb, 1);

}

ENDHLSL

}

}

}

技术对比与性能建议

特性 标准视差贴图 陡峭视差贴图 POM

‌采样次数‌ 单次 5-15次 8-15次+二分法

‌陡峭表面精度‌ 低 中 高

‌适用*台‌ 移动端 PC/主机 高端PC

‌推荐参数‌ Scale=0.02 Scale=0.05 Scale=0.03-0.07

实际应用中需注意：

高度图建议使用法线贴图的Alpha通道节省资源

过高的_ParallaxScale可能导致边缘拉伸，建议不超过0.1

移动端可减少_MaxSamples至8层以降低开销