【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