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  • Unity Shader视差遮蔽映射与局部差异导数函数

    发布时间:2020-05-06 10:35:20

    Hello . 大家好!今天带来的是美术向的Unity Shader视差遮蔽映射与局部差异导数函数小教学,我是麦田。

    一、视差映射

    什么是视差映射?即视差贴图。游戏/影视中使用的一种改进法线贴图技术。也可以理解为高度图。

    举个不恰当的例子,一只鸽子以为自己是一只老鹰在天上飞的很高。往下看,下面群山沟壑。受制于我们手机性能的影响,我们就要想办法去解决这种问题。又或者我需要表达高度的地方,通过曲面细分或者置换出面的话,实在太贵了。

    这时我们就可以根据实际情况来选择这方面的优化方式。视差,其实就是通过切线空间中的视角(相对于法线的角度)和该点处的高度图的值的函数,来渲染多边形上某个点的纹理坐标来实现的。

    在较陡的视角下,纹理坐标的位移更大,由于视线变化而产生的视差效应给人眼造成了深度错觉。

    二、”上才艺“

    1、打开Unity,我用的版本是2019.3.6,安装好Amplify Shader Editor;

    2、版本选择1.8,最新版本的确实舒服,最重要的是老版本在视差映射方面MAC上有BUG;

    3、然后我们在场景内创建一个平面 ;

    4、Ctrl+Shift+F,选中Cramea,快速切换摄像机角度朝地45度;

    5、创建一个Shader文件;

    6、准备好一套图,Base,Normal,AO,Height等等。

    OK,正文开始,可以看一下这里的设置,前向渲染,层级2000。

    1.png

    首先,我们创建一个Texture Object和UV,注意一下,是Object,不是Sample Texture,然后将Height贴图给它,UV需要指认为获取Height。(下图)

    2-1.png2-2.png2-3.png

    获取一个View Dir(视口方向),设置到切线空间。

    这里补充一下,图表封装的还是非常好的,View Dir在代码里都是要手撸的。View Dir的原理图长这样。

    3-1.png

    View Dir原理图

    3-2.png

    创建一个核心节点视差遮挡映射,图表已经给你封装好了,就是这个,让你免去计算的痛苦。

    4.png

    其基本原理即为获取到Height贴图的数据(0-1),进行V方向偏移,记录获取到的数据进行步进采样。

    具体算法请参见网易大佬的知乎两篇译文,里面有详细的计算方式和实现原理。

    创建以下内容,将获取到的高度UV给到视差遮挡映射。并且创建一个Range,最大值给1,暴露到材质面板。

    7.png

    三、”上才艺x2“

    创建DDX与DDY这两个函数

    8.png

    DDX&DDY节点输出相对于屏幕空间xy坐标的指定输入值的偏导数。

    这又是什么玩意?

    简单的说就是三角面上一个像素的位置上对屏幕坐标x和y方向的导数,也就是该点位置的表面相对于屏幕平面的倾斜程度的度量。

    具体解释链接:http://www.aclockworkberry.com/shader-derivative-functions/

    链接中解释的是GLSL中的用法,两者其实是一样的,这里的dFdX即为DDX,同理dFdy即为DDY。

    看到下图我们能理解,DDX与DDY的计算方式了,GPU光栅的时候,会将他们变成2×2像素的块。通过获取块中像素值之间的差异来计算出导数,即为右边减去左边,底下减去上面。所以,导数是逐像素计算的。

    9.png

    那么应用场景在哪里?Unity3D引擎中的MipMap就是这样计算而来。

    10.png

    介绍完了核心的视差遮蔽映射与局部差异导数函数,下面我们就来继续完善我们想做的东西吧!

    11.png

    创建四个TexSample,将MipMode改为Derivative,再创建一个Range(快捷键1),暴露出DDX与DDY后,将DDX&DDY给到与其对应的数值。

    12.png

    最后我们将自定义后的UV传递给TexSample,以下为总节点图:

    13.png

    最后我们来Game视图看一下效果。

    14.webp.jpg

    1.只有法线无视差的效果

    2.拥有了视差

    我们看到,类似一个置换的效果,但是边缘有拉伸锯齿感(和高度图有关)。

    15.png

    3.拥有了DDX&DDY

    摄像机拉远一点之后,就会计算局部差异导数函数,此时锯齿感消失。

    16.png

    归根结底,他还是一个Plane,并没有改变平面模型,但是是造成了视觉假象。

    来源:Thepoly