视差贴图技术详解：从基础原理到优化方案

视差贴图技术详解：从基础原理到优化方案

视差贴图是一种通过模拟表面高度差异来增强纹理真实感的技术。它通过计算光线在表面的折射路径，实现更真实的凹凸效果。本文将详细介绍视差贴图的基本原理、不同实现方案及其优化方法。

基础概念

视差贴图（Parallax Mapping）又称高度贴图，与法线贴图类似，都是通过伪造表面信息来增加表面凹凸真实感的方法。法线贴图主要通过光照和阴影来体现凹凸效果，但在斜角观察时不够真实，因为现实中的粗糙表面除了光照明暗的区别外，还存在高度遮挡的关系。视差贴图正是从这个角度出发，通过模拟光线在表面的折射路径，实现更真实的凹凸效果。

基本原理

考虑现实中的遮挡效果，本质就是原目标不可见，取而代之的是显示其前面的物体，反映在图形着色上，就是 uv 存在偏移，会采样到前面物体的颜色。根据高度计算 uv 偏移再采样颜色就是视差贴图的原理了。

设射线 BC 为相机方向，B 为视线的落点。若 B 点使用高度图后高度为 BA，那实际的视线落点应在 C 点，因此采样颜色贴图的 uv 应该是 C 点而不是 B 点，而 BD 就是 uv 的偏移。

当(\begin{bmatrix}x\y\z\end{bmatrix})为相机方向，h 为高度时，根据相似三角形有以下公式：

[\begin{aligned} \frac{CD}{BD} &= \frac{z}{x}\ BD &= CD * \frac{x}{z}\ &= \frac{x}{z}*h \end{aligned} ]

对于 y 轴与 x 同理，故得出视差贴图的 uv 偏移为(\frac{xy}{z}*h)。

陡峭视差映射

最基础的视差偏移计算存在误差问题，因为它假定了周围所有高度都是一致的，但现实显然不是这样，一种优化方案就是利用类似光线步进的原理，增加采样次数，来检测高度变化。

基于这种方案，当计算出 uv 偏移后不再直接使用，而是基于高度切成多份后再次采样高度图来验证计算结果。

如图所示，T0 是未受深度贴图（反转的高度贴图）视线落点。从 0 到 1 为深度范围，分成多层后多次采样得出紫色点的预估深度，再对紫色点的高度图采样得出实际深度。两两对比后发现 T3 处实际深度小于预估深度，说明发生遮挡，因此 T3 才是真正的深度偏移处。

视差遮蔽映射

陡峭视差映射虽然提高了精度，但存在锯齿和图层间断层的问题，一种解决办法就是在此基础上，利用相邻两层的深度差，插值他们的 uv 偏移结果。

优化方案

1. 根据相机入射角调整“陡峭视差映射”的图层数量，入射角小时，表面uv变化不大，因此可以减少检测次数，反之增加检测次数。（那基于mipmaps的计算方法也可以吧？）

2. 通过噪波抖动“陡峭视差映射”的图层数量，来实现低精度也能达到高精度类似的视觉效果。

参考资料

• 【UnityShader】ParallaxMapping 视差映射（7）

• 视差贴图

• 视差贴图（Parallax Mapping）学习笔记