Unity3D 深度貼花
一年前遇到在地面挖坑需求的時候第一眼想的是CPU端構建，如程式化地形以及CSG，但是實現起來十分吃力，同時應用場景相對有限，隨之棄坑，不過在後續的學習過程中瞭解到視差貼圖原理，以及深度修改，於是將這兩點結合整理出深度貼花。
示例
Unity3D 深度貼花
https：//www。zhihu。com/video/1435394469462491136
示例場景： Billboard
渲染佇列配置： 1998 地面 1999 貼花 2000+普通渲染
程式碼實現：UberDiffuse。Shader 索引 189行
核心庫：Parallax。hlsl
視差貼圖對映
通常在表面空間做視覺凹陷，在各種文章上了解到最多的就是視差貼圖 （Parallax Mapping）。
透過在切線空間的視線向量求出平面空間的uv偏移向量，並做迴圈取樣獲取視角偏移距離，並與uv偏移向量相乘獲取最終的uv偏移，即可獲得根據視角進行深度偏移的貼圖。
基礎的視差貼圖對映
https：//www。zhihu。com/video/1435412105470644224
//專案內程式碼片段
float
ParallaxMappingPOM
（
TEXTURE2D_PARAM
（
_texture
，
_sampler
），
float
depthOffset
，
float2
uv
，
float2
uvOffset
，
uint
marchCount
）
{
float
deltaParallax
=
1。0
h
/
marchCount
；
float2
deltaUV
=
uvOffset
/
marchCount
；
float
layer
=
0。
h
；
float
parallaxSample
=
SAMPLE_TEXTURE2D_LOD
（
_texture
，
_sampler
，
uv
，
0
）。
r
-
depthOffset
；
float
preParallaxSample
=
0。
h
；
［unroll］
for
（
uint
i
=
0
u
；
i
<
128
u
；
i
+=
1
u
）
{
if
（
parallaxSample
<
layer
）
break
；
preParallaxSample
=
parallaxSample
；
parallaxSample
=
SAMPLE_TEXTURE2D_LOD
（
_texture
，
_sampler
，
uv
，
0
）。
r
-
depthOffset
；
layer
+=
deltaParallax
；
uv
-=
deltaUV
；
}
float
d1
=
layer
-
parallaxSample
；
float
d2
=（
layer
-
deltaParallax
）-
preParallaxSample
；
float
interpolate
=
d1
*
rcp
（
d1
-
d2
）；
return
layer
-
interpolate
*
deltaParallax
；
}
//輸入UV以及世界切線空間矩陣，以及世界空間視角方向
void
ParallaxUVMapping
（
inout
float2
uv
，
half3x3
TBNWS
，
half3
viewDirWS
）
{
half3
viewDirTS
=
mul
（
TBNWS
，
viewDirWS
）；
half3
viewDir
=
normalize
（
viewDirTS
）；
float2
uvOffset
=
viewDir
。
xy
/
viewDir
。
z
；
//UV偏移
uvOffset
*=
INSTANCE
（
_DepthScale
）；
//深度比
float
depthOffset
=
INSTANCE
（
_DepthOffset
）；
//深度偏差
uint
parallaxCount
=
INSTANCE
（
_ParallaxCount
）；
float
parallax
=
ParallaxMappingPOM
（
_DepthTex
，
sampler_DepthTex
，
depthOffset
，
uv
，
uvOffset
，
parallaxCount
）；
uv
-=
uvOffset
*
parallax
；
}
注：視差貼圖對映可以實現相較於體積雲更便宜的雲海效果
可參考ParallaxCloud。shader，更多詳情參考知乎某位大佬文章，。
空間資訊修改
在上文的基礎上可以發現，視差貼圖對映只與平面空間的uv做互動，如果要與幾何資訊互動做出更多符合視覺的效果（如陰影，光照與螢幕深度）則需要在對世界座標以及深度進行修改。
對於陰影貼圖與光照取樣透過修改
positionWS
變數，在
fragment
階段計算相應的輸入。
對於螢幕深度則需要透過
SV_DEPTH
輸出修改後的螢幕空間深度深度。
計算步驟
已知其餘資訊，求projectionWS
在進行視差對映前獲取
viewDirTS與normalTS(0,0,1)的點乘
用於後續的資料計算。
由於視差對映獲取的是世界切線空間空間深度
depthTS
與引數相乘求得
depthWS
透過1。得出的投影係數進行投影，獲取到世界空間視差投射距離
projectionDistance
。
與viewDirWS相乘求出世界座標偏移，與原始世界座標相加求出最終世界座標（
positionWS
）。
透過矩陣轉換成螢幕空間深度SV_DEPTH。
帶空間資訊修改的視差貼圖對映
https：//www。zhihu。com/video/1435413151173525504
//inout 世界座標以及螢幕深度，用於後續的陰影以及SS深度（如AO）相關計算，並獲得正確的幾何關係。
void
ParallaxUVMapping
（
inout
float2
uv
，
inout
float
depth
，
inout
float3
positionWS
，
half3x3
TBNWS
，
half3
viewDirWS
）
{
half3
viewDirTS
=
mul
（
TBNWS
，
viewDirWS
）；
half3
viewDir
=
normalize
（
viewDirTS
）；
float2
uvOffset
=
viewDir
。
xy
/
viewDir
。
z
*
INSTANCE
（
_DepthScale
）；
float
parallax
=
0。
；
float
depthOffset
=
INSTANCE
（
_DepthOffset
）；
float
marchDelta
=
saturate
（
dot
（
half3
（
0。
，
0。
，
1。
），
viewDirTS
））；
uint
parallaxCount
=
INSTANCE
（
_ParallaxCount
）；
//最佳化，視角越垂直與平面視差貼圖迴圈次數越少
parallaxCount
=
min
（
lerp
（
parallaxCount
/
2
u
，
parallaxCount
，
marchDelta
），
128
u
）；
parallax
=
ParallaxMappingPOM
（
_DepthTex
，
sampler_DepthTex
，
depthOffset
，
uv
，
uvOffset
，
parallaxCount
）；
float
projectionDistance
=
parallax
*
INSTANCE
（
_DepthScale
）*
step
（
0。01
h
，
marchDelta
）*
rcp
（
marchDelta
）；
positionWS
=
positionWS
-
viewDirWS
*
projectionDistance
*
INSTANCE
（
_DepthBufferScale
）；
depth
=
EyeToRawDepth
（
TransformWorldToEyeDepth
（
positionWS
，
UNITY_MATRIX_V
））；
uv
-=
uvOffset
*
parallax
；
}
侷限性及拓展
-由於進行深度覆蓋，ZTest需要Greater或者Always
-SV_DEPTH 需要更高的Target Level，在低端機型不適用。
-深度構建在GPU端，所以無法同步深度資訊到CPU端，遇到複雜碰撞需求需要做更多邏輯。
*對於視差貼圖的重複取樣最佳化可以嘗試：
透過降低取樣數以及Dither的方式。
對於幾何複雜度不高的淺坑，可以使用單次視差對映取樣結果配合空間資訊修改。
將邏輯替換為幾何射線相交檢測（如AABB與BS），避免多次取樣貼圖帶來的效能開銷。
*在複雜度較高的場景，由於ZTest導致貼花渲染錯誤，目前想到的解決方法有兩點：
透過Geometry佇列深度貼圖做深度比較並對畫素做Clip操作。
CPU Culling把渲染的幾何複雜度降低。
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