Unity Shader视差遮蔽映射与局部差异导数函数

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。

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）

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。

View Dir原理图

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。

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。

三、”上才艺x2“

创建DDX与DDY这两个函数

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。

那么应用场景在哪里？Unity3D引擎中的MipMap就是这样计算而来。

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！

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。

最后我们将自定义后的UV传递给TexSample，以下为总节点图：

最后我们来Game视图看一下效果。

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）。

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。

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