繼續練習一個模擬冰塊的效果，模擬的是一個不透明內部有雜質的冰塊，內部雜質用視差映射來實現，表面就是簡單的法線貼圖+Cubemap反射采樣，也可以直接只計算高光不反射圖案。文章會把視差映射講一下，算是對學習的記錄和總結。

Parallax Mapping視差映射

好多人的文章里都寫到：

視差映射是法線映射的增強版，不止改變了光照作用，還在平坦的多邊形上創建了3D細節的假象。

其實我們看原理和代碼能看出來，視差映射只是增加了高低錯落的感覺，并沒有擾動表面法線改變光照結果，所以在需要的時候我們還是要通過法線貼圖+視差映射來渲染出想要的視覺效果。

視差映射只需要用到一個浮點值，也就是只需要貼圖中的一個通道就可以表達，所以經常保存在法線貼圖的A通道或者其他貼圖的其中一個通道中。這個通道中的值保存的是對應的每個點要沉入物體表面多少深度而不是高出表面的高度，所以也可以叫做深度圖。

視差映射只是對視向量進行了偏移，對主貼圖進行偏移采樣來達到讓平面看起來是立體的效果。物體表面本身還是原來的樣子，頂點并沒有發生偏移，高低落差只是一個假象。

當前片元是圖中的T0，視向量為V，紋理左邊對深度圖采樣得到當前的深度是0.55，所以V碰到的并不是T0，而是繼續向前延伸碰到的高度為0.15的點，對應的紋理坐標是T1，所以應該使用T1的紋理坐標進行主紋理和法線的采樣。

簡單視差映射 Parallax Mapping

帶偏移上限的視差映射 Parallax Mapping With Offse Limiting

只取一步近似計算得到新紋理坐標是最簡單的視差映射，被直接成為視差映射。

視差映射只有在高度相對平滑，并且不存在復雜細節時，才能得到相對可以接受的結果。如果視向量和表面法線夾角過大的話就會出現嚴重錯誤的結果。

偏移紋理坐標的方法：

切線空間是沿著物體表面建立的，法線垂直于表面，而TB分量和紋理坐標的xy分量重合，所以視向量V的z分量為法線分量，xy分量和紋理的xy分量重合，所以視向量的xy分量可以不加換算的直接用作紋理坐標來計算偏移。用xy除以z，就是視差映射技術中對紋理坐標偏移的原始計算。

如果不除以z，得到的就是帶偏移上限的視差映射，帶偏移上線的視差映射可以避免在向量V和法向量N夾角太大時的一些錯誤的結果。

然后把V的xy分量加到T0的紋理坐標上，并且和T0紋理的深度值H(T0)相乘，就得到了沿著V方向的新的紋理坐標。

然后用一個scale系數來控制視差映射效果的幅度。把scale乘給V的xy分量。最有意義的值在0-0.5之間。更高的值會得到錯誤的映射計算。也可以把scale設為負數，這樣的話法向量的z分量需要反轉過來進行計算。

從上圖中可以看出，視向量正確的交點和偏移后的采樣點Tp差距還是很大的，所以視差映射和帶偏移上限的視差映射在視向量與法線的夾角越大的情況下誤差就會越大。

陡峭視差映射 Steep Parallax Mapping

陡峭視差映射，不是簡單的視差近似，不只是簡單粗暴的對紋理坐標進行偏移而不進行合理性檢查，會檢查結果是否接近于正確值。陡峭視差映射是將深度分割為等距的若干層，然后從0層開始采樣高度圖，每一次會沿著V的方向偏移紋理坐標，如果采樣的深度已經大于當前層的深度，停止檢查并使用最后一次采樣的紋理坐標作為結果。

以上圖為例，深度被分割為8層，每層高度為0.125，每層的紋理坐標偏移是V.xy/V.z*sclae/numLayer，從黃色方塊開始檢查：

• 0層開始，層深為0，采樣深度圖得到值為0.75，采樣的結果大于層的深度，開始下一次迭代
• 沿著V方向偏移紋理坐標，1層開始，層深為0.125，采樣深度圖的值為0.625，采樣結果大于層的深度，開始下一次迭代
• 沿著V方向偏移紋理坐標，2層開始，層深為0.25，采樣高度圖的值為0.4，采樣結果大于層的深度，開始下一次迭代
• 沿著V方向偏移紋理坐標，3層開始，層深為0.375，采樣高度圖的值為0.2，采樣結果小于層的深度，所以得到了實際交點的近似點，采樣本次使用的紋理坐標。

可以看出T3的坐標離實際交點還是有距離的，但是這種方式可以檢查偏移采樣的正確性，如果想得到更精確的結果，可以增加層的數量，提高采樣的精確度。層數的提高會降低性能，降低層數會有明顯的鋸齒現象，可以根據視向量V和表面法向量N的夾角來動態決定層的數量。

vec2 ParallaxMapping(vec2 texCoords, vec3 viewDir) { //高度層數float numLayers = 5;//每層高度float layerHeight = 1.0 / numLayers;// 當前層級高度float currentLayerHeight = 0.0;//視點方向偏移總量vec2 P = viewDir.xy / viewDir.z * heightScale; //每層高度偏移量vec2 deltaTexCoords = P / numLayers;//當前 UVvec2 currentTexCoords = texCoords;float currentHeightMapValue = texture(heightMap, currentTexCoords).r;while(currentLayerHeight < currentHeightMapValue){// 按高度層級進行 UV 偏移currentTexCoords += deltaTexCoords;// 從高度貼圖采樣獲取的高度currentDepthMapValue = texture(depthMap, currentTexCoords).r; // 采樣點高度currentLayerHeight += layerHeight; }return finalTexCoords; }

浮雕視差映射 Relief Parallax Mapping

浮雕視差映射是在陡峭視差映射的基礎上做出的升級優化，先進行陡峭視差映射，可以得到準確交點的前后兩個層，和對應的深度值，然后在兩層之間使用二分法進行迭代查找。

執行步驟：

• ST、SH除以2，把紋理坐標T3沿著反方向偏移ST，深度沿反方向偏移SH，得到此次迭代的紋理坐標T4和深度H(T4)
• * 采樣高度圖，ST、SH除以2
• 如果采樣高度圖得到的深度值大于當前層的深度H(T4)，將當前迭代層的深度增加SH，紋理坐標沿著V的方向偏移ST
• 如果采樣高度圖得到的深度值小于當前層的深度H(T4)，將當前迭代層的深度減去SH，紋理坐標沿著V的反向偏移ST
• 從*處循環，知道達到規定的次數，或者兩個深度偏差達到一個閾值
• 得到的紋理坐標就是浮雕視差映射的結果

視差遮蔽映射 Parallax Occlusion Mapping

視差遮蔽映射是陡峭視差映射的另一個優化版本，浮雕映射使用二分法來提升精度，但是會降低性能。視差遮蔽性能比陡峭映射好，但是效果比浮雕映射要差。

視差遮蔽映射是使用陡峭映射得到的最后一次采樣的H(T3)、UV和前一次采樣的到的層深H(T2)、UV，進行一次插值的到的結果。

float2 ParallaxMapping(float2 texCoords, float3 viewDir) { //高度層數float numLayers = 50;//每層高度float layerHeight = 1.0 / numLayers;// 當前層級高度float currentLayerHeight = 0.0;//視點方向偏移總量float2 P = viewDir.xy / viewDir.z * _ParallaxStrength; //每層高度偏移量float2 deltaTexCoords = P / numLayers;//當前 UVfloat2 currentTexCoords = texCoords;float currentHeightMapValue = tex2D(_ParallaxMap, currentTexCoords).r;while(currentLayerHeight < currentHeightMapValue){// 按高度層級進行 UV 偏移currentTexCoords += deltaTexCoords;// 從高度貼圖采樣獲取的高度currentHeightMapValue = tex2Dlod(_ParallaxMap, float4(currentTexCoords,0,0)).r; // 采樣點高度currentLayerHeight += layerHeight; }//前一個采樣的點float2 prevTexCoords = currentTexCoords - deltaTexCoords;//線性插值float afterHeight = currentHeightMapValue - currentLayerHeight;float beforeHeight = tex2D(_ParallaxMap, currentTexCoords).r - (currentLayerHeight - layerHeight);float weight = afterHeight / (afterHeight - beforeHeight);float2 finalTexCoords = prevTexCoords * weight + currentTexCoords * (1.0 - weight);return finalTexCoords; }

完成后的冰塊效果：

知乎視頻?www.zhihu.com

雖然完成了效果，但是對視差映射一直還是有一些沒有搞懂的地方，為什么簡單視差和陡峭視差在計算的時候偏移使用的是V.xy/V.z，而在帶偏移上限的計算中偏移使用的是V.xy。在看過的很多文章中都是對所有視差映射的原理方法和代碼進行了描述，并沒有對這部分的講解。

后來 @夢旅人 給我發了一篇文章：

https://catlikecoding.com/unity/tutorials/rendering/part-20/?catlikecoding.com

在這篇文章中詳細的講解了視差映射的相關內容，在這篇文章中找到了關于我的疑問的講解，看過以后發現大家的文章中沒有對于這部分的講解估計是因為確實太基礎了.....

從上圖中可以看出，深度采樣H的值肯定是在0-1之間的：

• V.xy*H就可以得到一個一定范圍內的偏移量，所以帶偏移上限的視差映射使用的V.xy來計算偏移量的
• 那為什么correct offset的偏移距離，也就是陡峭中的總偏移距離為什么是V.xy/V.z呢，將我們的數學功力發揮到初中水平就可以得到結果，∵ ∠a=∠b，∴ cot∠a=cot∠b，∴ xy/z = correct offset / 最大深度1，∴ correct offset = xy/z，這樣xy分量除以z分量得到的就是總的UV坐標偏移量了........

結合陡峭的算法也就能想明白為什么要取UV的總偏移量.....

文章中部分內容、插圖和代碼參考和轉自：

[譯] GLSL 中的視差遮蔽映射（Parallax Occlusion Mapping in GLSL）?segmentfault.com吳洲：視差貼圖（Parallax Mapping）學習筆記?zhuanlan.zhihu.com夢旅人：Unity Shader基于視差映射的云海效果?zhuanlan.zhihu.comGEngine：視差映射（Parallax Mapping）?zhuanlan.zhihu.com

總結

以上是生活随笔為你收集整理的视差图转为深度图_Parallax Mapping视差映射：模拟冰块的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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