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视差映射Parallax Mapping
视差映射
视差映射和法线映射经常一起使用，但两者解决的问题并不完全相同。法线贴图主要改变光照计算中的法线方向，视差映射则改变纹理的采样位置。它们都没有真正改变模型表面，却能让一个平面看起来更有细节。单独使用法线贴图时，砖块的轮廓不会随着视角移动；加入视差之后，这种变化会明显一些。
视差映射与位移映射技术密切相关。位移映射会根据纹理中存储的高度信息移动顶点，因此需要一个包含大量三角形的模型。视差映射则不需要增加顶点：它只改变片元使用的纹理坐标，即使一个平面只有两个三角形，也能模拟砖墙、木板或地面的凹凸感。
原理
视差贴图属于位移贴图(Displacement Mapping)技术的一种，它对根据储存在纹理中的几何信息对顶点进行位移或偏移。一种实现的方式是比如有1000个顶点，根据纹理中的数据对平面特定区域的顶点的高度进行位移。这样的每个纹理像素包含了高度值纹理叫做高度贴图。一张简单的砖块表面的高度贴图如下所示:
整个平面上的每个顶点都根据从高度贴图采样出来的高度值进行位移，根据材质的几何属性平坦的平面变换成凹凸不平的表面。例如一个平坦的平面利用上面的高度贴图进行置换能得到以下结果：
假设片元在平面上的纹理坐标为点 A，从片元指向观察者的方向为 V。如果平面真的发生了位移，观察者应该看到高度表面上的点 B；但实际平面仍然是平的，所以我们只能从 A 出发计算 V。
视差映射要做的事情其实很直接：把 A 的纹理坐标挪到一个更接近 B 的位置，后面的漫反射和法线采样都使用这个新坐标。最简单的做法是读取 A 处的深度，用它缩放视线方向，再取平面内的两个分量作为偏移量。深度值越大，坐标移动得越远。
这种方法在大多数情况下都有效，但当高度在表面上快速变化时，估计的交点可能远离真实表面。另一个问题是，当平面旋转后，世界空间中的 x 和 y 不再与纹理方向一致。因此，我们把视线方向变换到切线空间。在切线空间中，向量的 x、y 分量始终分别沿着切线和副切线方向，可以直接作为纹理坐标偏移。
高度图与深度图
直接实现需要用高模，但是这需要很大的性能开销，所以尝试换一个思路：把高模替换成深度贴图。不仅实现起来比高模简单，也节省性能，深度图可以看作反转后的高度图：
float depth = 1.0 - tex2D(_HeightMap, uv).r;在平面上伪造“向内凹陷”通常比伪造“向外凸起”更自然。无论使用高度图还是深度图，漫反射、法线和深度纹理都应该来自同一材质，否则光照方向会与视差产生的轮廓不一致。
Unity 中的基本实现
基本原理已经有了，现在 Unity 中尝试实现。首先网格需要提供顶点位置、法线、纹理坐标和切线。副切线可以由法线和切线叉乘得到：
float3 nWS = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);float3 tWS = UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);float3 bWS = cross(nWS, tWS) * v.tangent.w;float3 viewWS = _WorldSpaceCameraPos - positionWS;float3 viewTS = float3(dot(viewWS, tWS), dot(viewWS, bWS), dot(viewWS, nWS));这里的 viewTS 就是切线空间中的片元到视图方向。视差映射应当在片元着色器中完成，因为三角形表面上每个片元的位移都可能不同。
float2 ParallaxMapping(float2 uv, float3 viewTS){ viewTS = normalize(viewTS); float depth = tex2D(_ParallaxMap, uv).r; float2 p = viewTS.xy / max(viewTS.z, 0.05) * (depth * _Parallax); return uv - p;}_Parallax 是控制视差强度的参数。viewTS.z 越接近零，说明观察方向越平行于表面，偏移会越大，这正是斜视角下深度感增强的原因。不过，过大的偏移也会带来明显伪影。有些实现会省略除以 viewTS.z 的步骤，这种方法称为带偏移限制的视差映射，斜视角更稳定，但深度感较弱。
得到新的纹理坐标后，应使用它采样漫反射和法线贴图：
float2 uv = ParallaxMapping(i.uv, i.viewTS);clip(1.0 - step(1.0, max(uv.x, uv.y)));clip(step(0.0, min(uv.x, uv.y)));float4 albedo = tex2D(_MainTex, uv);float3 normalTS = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, uv));偏移后的坐标可能超出 [0, 1]。对墙面或地面这类平面，可以丢弃越界片元，避免纹理环绕产生边缘伪影。这个技巧并不适用于所有模型，生产项目也可以使用 Clamp 或边缘渐隐。
陡峭视差映射
基本视差映射只进行一次深度采样，因此在陡峭的高度变化处容易出错。陡峭视差映射把深度范围分成多个层，从顶部向下移动纹理坐标，直到找到第一次穿过表面的位置：
float2 SteepParallax(float2 uv, float3 viewTS){ viewTS = normalize(viewTS); const float layers = 16.0; float layerDepth = 1.0 / layers; float currentDepth = 0.0; float2 deltaUV = viewTS.xy * _Parallax / layers; float2 currentUV = uv; float mapDepth = tex2D(_ParallaxMap, currentUV).r;
[loop] while (currentDepth < mapDepth) { currentUV -= deltaUV; mapDepth = tex2D(_ParallaxMap, currentUV).r; currentDepth += layerDepth; } return currentUV;}
采样层数越多，结果越准确，但片元着色器的开销也越大。正视表面时位移很小，可以少采样；斜视表面时则需要更多采样：
float facing = saturate(dot(float3(0, 0, 1), normalize(viewTS)));float layers = lerp(32.0, 8.0, facing);
视差遮蔽映射
陡峭视差映射返回第一次穿过表面的那一层，因此可能看到明显的分层。视差遮蔽映射会取得碰撞前后的两层，并在它们之间进行线性插值，从而得到更接近真实交点的纹理坐标：
float2 previousUV = currentUV + deltaUV;float afterDepth = mapDepth - currentDepth;float beforeDepth = tex2D(_ParallaxMap, previousUV).r - currentDepth + layerDepth;float weight = afterDepth / (afterDepth - beforeDepth);return lerp(currentUV, previousUV, saturate(weight));
视差遮蔽映射通常是质量和性能之间较好的折中方案。它比单次视差映射更准确，也比单纯增加大量层数更有效率；不过，在极端斜视角或高度变化非常剧烈的区域，仍可能出现轻微伪影和锯齿。
Unity ShaderLab 完整骨架
Shader "Custom/Parallax"{ Properties { _MainTex ("Albedo", 2D) = "white" {} _BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {} _ParallaxMap ("Depth Map", 2D) = "black" {} _Parallax ("Height Scale", Range(0, 0.2)) = 0.05 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } Pass { CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" // 在这里放置顶点结构、TBN 计算、Parallax 函数和光照代码 ENDCG } }}适用场景
从实际效果看，视差映射更适合墙面、地面这类大平面。相机离得较远，或者观察方向接近表面法线时，基本版本已经够用；相机贴近材质并且经常斜着看时，单次采样就容易露出问题。增加层数确实能改善结果，但每个片元都要多做几次纹理读取，所以不能只追求层数。
它不会改变真实几何轮廓、阴影或碰撞体；如果需要这些效果，应使用真实位移、细分曲面或视差与几何方案结合。边缘裁剪适用于规则平面，但对于复杂模型可能造成不连续，这一点在实际项目中需要单独处理。
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