Unity URP Shader 实现几种视差映射

Posted

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Unity URP Shader 实现几种视差映射相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A float2 SteepParallaxMapping(TEXTURE2D_PARAM(heightMap, sampler_heightMap), half3 viewDirTS, half scale, float2 uv)



  //determine number of layers from angle between V and N

  const float minLayers = 5;

  const float maxLayers = 15;

  float numLayers = lerp(minLayers, maxLayers, abs(dot(half3(0, 0, 1), viewDirTS)));

  //height of each layer

  float layerHeight = 1.0 / numLayers;

  //depth of current layer

  float currentLayerHeight = 0;

  //shift of texture coordinates for each iteration

  half2 dtex = scale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numLayers;

  //current texture coordinates

  float2 currentTextureCoords = uv;

  //get first depth from heightmap

  float heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

  for(int i = 0; i < 15; i++)

 

      if(heightFromTexture <= currentLayerHeight)

        break;

      //to the next layer

      currentLayerHeight += layerHeight;

      //shift texture coordinates along vector viewDirTS

      currentTextureCoords -= dtex;

      //get new depth from heightmap

      heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

 

  return currentTextureCoords - uv;



float2 ReliefParallaxMapping(TEXTURE2D_PARAM(heightMap, sampler_heightMap), half3 viewDirTS, half scale, float2 uv)



  // determine required number of layers

  const float minLayers = 10;

  const float maxLayers = 15;

  float numLayers = lerp(minLayers, maxLayers, abs(dot(half3(0, 0, 1), viewDirTS)));

  // height of each layer

  float layerHeight = 1.0 / numLayers;

  // depth of current layer

  float currentLayerHeight = 0;

  // shift of texture coordinates for each iteration

  half2 dtex = scale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numLayers;

  // current texture coordinates

  float2 currentTextureCoords = uv;

  // depth from heightmap

  float heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

  for(int i = 0; i < 15; i++)

 

      if(heightFromTexture <= currentLayerHeight)

        break;

      // to the next layer

      currentLayerHeight += layerHeight;

      // shift texture coordinates along vector viewDirTS

      currentTextureCoords -= dtex;

      // get new depth from heightmap

      heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

 

  ///////////////////////////////////////////////////////////

  // Start of Relief Parallax Mapping

  // decrease shift and height of layer by half

  half2 deltaTexCoord = dtex / 2;

  float deltaHeight = layerHeight / 2;

  // return to the mid point of previous layer

  currentTextureCoords += deltaTexCoord;

  currentLayerHeight -= deltaHeight;

  // binary search to increase precision of Steep Paralax Mapping

  const int numSearches = 5;

  for(int j = 0; j < numSearches; j++)

 

      // decrease shift and height of layer by half

      deltaTexCoord /= 2;

      deltaHeight /= 2;

      // new depth from heightmap

      heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

      // shift along or agains vector V

      if(heightFromTexture > currentLayerHeight) // below the surface

     

        currentTextureCoords -= deltaTexCoord;

        currentLayerHeight += deltaHeight;

     

      else // above the surface

     

        currentTextureCoords += deltaTexCoord;

        currentLayerHeight -= deltaHeight;

     

 

  // return results

  //parallaxHeight = currentLayerHeight;   

  return currentTextureCoords - uv;



float2 ParallaxOcclusionMapping(TEXTURE2D_PARAM(heightMap, sampler_heightMap), half3 viewDirTS, half scale, float2 uv)



  // determine optimal number of layers

  const float minLayers = 10;

  const float maxLayers = 15;

  float numLayers = lerp(minLayers, maxLayers, abs(dot(half3(0, 0, 1), viewDirTS)));

  // height of each layer

  float layerHeight = 1.0 / numLayers;

  // current depth of the layer

  float currentLayerHeight = 0;

  // shift of texture coordinates for each layer

  half2 dtex = scale * viewDirTS.xy / viewDirTS.z / numLayers;

  // current texture coordinates

  float2 currentTextureCoords = uv;

  // depth from heightmap

  float heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

  for(int i = 0; i < 15; i++)

 

      if(heightFromTexture <= currentLayerHeight)

        break;

      // to the next layer

      currentLayerHeight += layerHeight;

      // shift texture coordinates along vector viewDirTS

      currentTextureCoords -= dtex;

      // get new depth from heightmap

      heightFromTexture = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g;

 

  /////////////////////////////////////////////////////////

  // previous texture coordinates

  half2 prevTCoords = currentTextureCoords + dtex;

  // heights for linear interpolation

  float nextH    = heightFromTexture - currentLayerHeight;

  float prevH    = 1 - SAMPLE_TEXTURE2D(heightMap, sampler_heightMap, currentTextureCoords).g

                          - currentLayerHeight + layerHeight;

  // proportions for linear interpolation

  float weight = nextH / (nextH - prevH);

  // interpolation of texture coordinates

  float2 finalTexCoords = prevTCoords * weight + currentTextureCoords * (1.0-weight);

  return finalTexCoords - uv;

  //return currentTextureCoords - uv;



如果层数很多，那性能就会低。但如果层数少，就会有明显的锯齿现象产生，可以根据摄像机向量V和多边形法向N之间的夹角来动态的决定层的数量。

可以使用较少的层数进行一阶段陡峭视差检索

二阶段的二分查找算法仍然消耗性能，但相较陡峭视差映射可以得到更精确的结果

视差遮蔽映射可以使用相对较少的采样次数产生很好的结果。但视差遮蔽映射比浮雕视差映射更容易跳过高度图中的小细节，也更容易在高度图数据产生大幅度的变化时得到错误的结果。

视差映射技术的主要任务是修改纹理坐标，让平面看起来像是立体的。主要计算都是在Fragment Shader中进行。看看下面的图片。水平线0.0表示完全没有凹陷的深度，水平线1.0表示凹陷的最大深度。实际的几何体并没改变，其实一直都在0.0水平线上。图中的曲线代表了高度图中存储的高度数据。

设当前点（译者：原文中用的是Fragment，片元。）是图片中用黄色方块高亮出来的那个点，这个点的纹理坐标是T0。向量V是从摄像机到点的方向向量。用坐标T0在高度图上采样，你能得到这个点的高度值H(T0)=0.55。这个值不是0，所以点并不是在表面上，而是凹陷下去的。所以你得把向量V继续延长直到与高度图定义出来的表面最近的一个交点。这个交点我们说它的深度就是H(T1)，它的纹理坐标就是T1。所以我们就应该用T1的纹理坐标去对颜色和法线贴图进行采样。

所以说，所有视差映射技术的主要目的，就是要精确的计算摄像机的向量V和高度图定义出来的表面的交点。

如图所示把表面的深度切分成等距的若干层。然后从最顶端的一层开始采样高度图，每一次会沿着V的方向偏移纹理坐标。如果点已经低于了表面（当前的层的深度大于采样出的深度），停止检查并且使用最后一次采样的纹理坐标作为结果。

陡峭视差映射的工作方式在下面的图片上举例。深度被分割成8个层，每层的高度值是0.125。每层的纹理坐标偏移是V.xy/V.z * scale/numLayers。从顶层黄色方块的位置开始检查。

以下参照下图给出算法的执行步骤：

层的深度为0，高度图深度H(T0)大约为0.75。采样到的深度大于层的深度，所以开始下一次迭代。

沿着V方向偏移纹理坐标，选定下一层。层深度为0.125，高度图深度H(T1)大约为0.625。采样到的深度大于层的深度，所以开始下一次迭代。

沿着V方向偏移纹理坐标，选定下一层。层深度为0.25，高度图深度H(T2)大约为0.4。采样到的深度大于层的深度，所以开始下一次迭代。

沿着V方向偏移纹理坐标，选定下一层。层深度为0.375，高度图深度H(T3)大约为0.2。采样到的深度小于层的深度，所以向量V上的当前点在表面之下。我们找到了纹理坐标Tp=T3是实际交点的近似点。

浮雕视差映射升级了陡峭视差映射。

算法一阶段采用陡峭视差映射得到交点前后的两个层，和对应的深度值。在下面的原理图中这两个层分别对应纹理坐标T2和T3。

算法在二阶段采用二分法来进一步改进你的结果，每一次搜索迭代可以使精确度提升一倍。

以下参照下图给出了算法的执行步骤：

在陡峭视差映射之后，我们知道交点肯定在T2和T3之间。真实的交点在图上用绿点标出来了。

设每次迭代时的纹理坐标变化量ST，它的初始值等于向量V在穿过一个层的深度时的XY分量。

设每次迭代时的深度值变化量SH，它的初始值等于一个层的深度。

把ST和SH都除以2。

把纹理坐标T3沿着反方向偏移ST，把层深度沿反方向偏移SH，得到此次迭代的纹理坐标T4和层深度H(T4)。

（*）采样高度图，把ST和SH都除以2。

如果高度图中的深度值大于当前迭代层的深度H(T4)，则将当前迭代层的深度增加SH，迭代的纹理坐标沿着V的方向增加ST。

如果高度图中的深度值小于当前迭代层的深度H(T4)，则将当前迭代层的深度减少SH，迭代的纹理坐标沿着V的相反方向增加ST。

从(*)处循环，继续二分搜索，直到规定的次数。

最后一步得到的纹理坐标就是浮雕视差映射取到的近似结果。

视差遮蔽映射(POM)是陡峭视差映射的另一个改进版本。

算法一阶段采用陡峭视差映射得到交点前后的两个层，和对应的深度值。在下面的原理图中这两个层分别对应纹理坐标T2和T3。

算法二阶段对一阶段获得的两个纹理偏移值进行插值。如原理图所示，POM使用相交之后的层深度（0.375，陡峭视差映射停止迭代的层），上一个采样深度H(T2)和下一个采样深度H(T3)。从图片中你能看到，视差遮蔽映射的插值结果是在视向量V和H(T2)和H(T3)高度的连线的交点上。这个交点已经足够接近实际交点（标记为绿色的点）了。

[译] GLSL 中的视差遮蔽映射（Parallax Occlusion Mapping in GLSL）

Unity商业Shader渲染-URP-基于AmplifyShader Editor

LWRP/URP/HDRP区别

URP其实也叫LWRP，也是URP的前身

如果一直以来有使用Unity的同学可能知道

在2019年初的时候，一开始Unity预备区分低清和高清渲染，当然现在也这样，所谓低清就是:light weight render pipline（简称：LWRP)这个包负责

时至今日，LWRP的项目已经不多（当年很多有实力的示例项目），完全转成URP也不是难事

所以，完全不同担心URP和LWRP的差异导致生产环境的问题，或影响（社区因为人多，当中也很多解决方案）

URP和原PIPLINE的区别

其他可以看看官网图，下面是官网的对比表链接和图。

https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.universal@8.2/manual/universalrp-builtin-feature-comparison.html


 URP实际应用限制还很多

真无两头利，你要马跑的快，还要马不吃草，这是不可能的

如果说URP比原渲染管线轻量，那么URP肯定限制多得多得多

理论就不说了，直接说实际应用

透明通道没了

（也可能是我用的Amplify的原因）

一开始发现明明有Alpha参数啊，就是不生效 

最后发现：这段代码，所以解决方法：要开Alphtest

				#ifdef _ALPHATEST_ON
					clip(Alpha - AlphaClipThreshold);
				#endif

* *改变shader的属性（有点用，但不是那回事，不是真正的解决方法）

* 在某论坛，找到了方法，添加custom节点

解决后对比

一般的后处理，bloom等不能用了

（有点急今天，之后再补充）

参考：

有官方的URP和built-in URP的详细对比（官方文档）

也有Amplify论坛，社区的讨论

Amplify Shader在国内不流行就是了（应该用作生产的团队不多，不然，为什么国内讨论的少，我的文章居然目前是唯一作技术讨论的）

Unity URP/SRP 渲染管线浅入深出【匠】_以笑对世~的博客-CSDN博客_unity urp

Unity URP渲染管线---自定义渲染详解(入门)_HumorChess的博客-CSDN博客_urp渲染管线

Unity - 通用渲染管线（URP）1.渲染、后处理_祝你万事顺利的博客-CSDN博客_unity urp

游戏开发中的坑之三 通过ASE（Amplify Shader Editor）创建Shader [持续更新.....]_yijiankun100的开发日记-CSDN博客_ase unityUnity通用渲染管线（URP）系列（一）——自定义渲染管线 - 知乎 (zhihu.com)f​​​​​​ff​​​​​​Unity图形渲染Part4/4——通用渲染管线（URP）教程系列（持续更新） - 知乎 (zhihu.com)

最后的链接还有版权声明参照案例，可以，赞

国外大神对amiplify shader template以及节点的二次开发：

[Best Tool Asset Store Award] Amplify Shader Editor - Node-based Shader Creation Tool | Page 102 - Unity Forum

以上是关于Unity URP Shader 实现几种视差映射的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

基础的Unity URP Shader

Unity商业Shader渲染-URP-基于AmplifyShader Editor

unity URP内置shader lit解析

Unity Build-in管线shader移植到URP管线下

Unity商业Shader渲染-URP之二渲染一个类海水效果

深入URP之Shader篇2: 目录结构和Unlit Shader分析[上]