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视差贴图 Parallax Mapping

创作时间:

作者:

@小白创作中心

视差贴图 Parallax Mapping

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/qq_33060405/article/details/145787881

视差贴图（Parallax Mapping）是一种用于增强3D模型表面细节的技术，通过动态调整纹理坐标来模拟表面深度变化，从而产生更为立体的效果。本文将详细介绍视差贴图的原理、实现方法、应用场景以及优缺点，帮助读者全面了解这一技术。

视差贴图（Parallax Mapping）

视差贴图（Parallax Mapping）是一种用于增强3D模型表面细节的技术，旨在提供比传统的凹凸贴图（Bump Mapping）更真实的视觉效果。它通过在渲染过程中动态调整纹理坐标，模拟表面深度变化，从而产生更为立体的效果。视差贴图通常与高度图（Height Map）结合使用，以实现更复杂的光照和深度感。

图16 视差贴图

原理

视差贴图的基本原理是根据观察者的视角和表面法线，动态调整纹理坐标，以模拟表面凹凸的效果。具体步骤如下：

高度图：

高度图是一个灰度图像，其中每个像素的亮度值表示表面在该点的高度。亮度越高，表示表面越高。

切线空间：

在渲染过程中，首先将表面法线转换到切线空间，以便根据观察者的视角进行计算。切线空间是一个局部坐标系，通常由法线、切线和副切线构成。

视差计算：

根据观察者的视角和表面法线，计算出在该点的视差（即纹理坐标的偏移量）。视差的计算通常依赖于高度图的值和观察角度。

纹理坐标调整：

使用计算出的视差值来调整纹理坐标，从而在渲染时获取正确的纹理信息。这种调整使得表面看起来具有深度感，能够更真实地反映出凹凸效果。

实现方法

视差贴图的实现通常涉及以下几个步骤：

创建高度图：

使用3D建模软件生成高度图，确保其能够准确反映表面的高度变化。

在着色器中实现视差贴图：

在顶点着色器或片段着色器中，读取高度图并计算视差值，然后调整纹理坐标。

示例代码

以下是一个简单的片段着色器示例，展示如何在渲染过程中使用视差贴图：

#version 330 core
in vec2 TexCoord; // 传递的纹理坐标
out vec4 FragColor; // 输出颜色
uniform sampler2D heightMap; // 高度图
uniform sampler2D diffuseMap; // 漫反射贴图
uniform vec3 viewDir; // 观察方向
uniform float heightScale; // 高度缩放因子
void main()
{
    // 从高度图获取高度值
    float height = texture(heightMap, TexCoord).r; // 获取高度值
    vec2 offset = viewDir.xy * (height * heightScale); // 计算视差偏移
    // 调整纹理坐标
    vec2 newTexCoord = TexCoord + offset;
    // 从漫反射贴图获取颜色
    FragColor = texture(diffuseMap, newTexCoord);
}

应用场景

视差贴图广泛应用于以下领域：

游戏开发：在游戏中，视差贴图用于创建复杂的表面细节，如砖墙、石材、地面等，提升视觉效果而不增加多边形数量。
虚拟现实：在虚拟现实应用中，视差贴图可以提高环境的真实感，增强用户的沉浸体验。
建筑可视化：在建筑可视化中，视差贴图可以用于展示建筑表面的细节，使其看起来更加真实。

优缺点

优点：

增强的深度感：视差贴图能够提供比传统凹凸贴图更强的深度感，使表面看起来更加立体和真实。
性能高效：与增加多边形数量相比，视差贴图在性能上更具优势，能够在保持较高帧率的同时提升视觉效果。
灵活性：可以与其他贴图（如法线贴图、漫反射贴图等）结合使用，进一步增强效果。

缺点：

视角依赖性：视差贴图的效果依赖于观察者的视角，某些角度下可能会出现失真或不自然的效果。
计算开销：虽然视差贴图比增加多边形数量更高效，但在某些情况下，尤其是在高分辨率的高度图和复杂的场景中，仍然可能导致GPU的计算负担增加。这可能会影响渲染性能，尤其是在移动设备或低性能硬件上。
高度图质量依赖：视差贴图的效果高度依赖于高度图的质量。如果高度图的细节不足或不准确，可能会导致不自然的视觉效果。
不适用于所有表面：对于某些表面（如非常平滑或简单的表面），视差贴图可能不会带来显著的视觉提升，反而可能增加不必要的计算开销。