【URP】什么是[深度偏移]（Slope Scale Depth Bias）‌

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

深度偏移（Slope Scale Depth Bias）‌的作用‌

• 几何体表面因浮点精度限制导致的深度冲突（Z-fighting）
  
  
  
  • 解决 Z-fighting 问题，调整片元深度值。
    
  
  
• 阴影贴图中的深度精度问题
  
• 透明物体渲染时的深度排序问题
  
• 细小几何体（如电线、毛发）的渲染稳定性
  

深度冲突（Z-fighting）

• 是当两个或多个几何表面在深度缓冲中具有极其接近的深度值时，GPU 无法可靠判断渲染顺序导致的视觉瑕疵，表现为表面像素闪烁或随机交替显示‌。这是由于透视投影下非线性深度分布及有限的深度缓冲精度（通常 24 位）所致，尤其远距离平面精度更差‌
  
• 深度偏移（Slope Scale Depth Bias）是图形渲染中用于解决深度冲突（Z-fighting）问题的重要技术。在Unity URP中，它通过调整像素的深度值来避免几何体表面之间的深度测试冲突.
  

‌深度偏移（Slope Scale Depth Bias）解决原理

通过动态调整顶点深度值，人为制造深度间隙避免冲突。其核心参数组合为：
‌Units‌

• 固定深度偏移量（常量），对所有表面施加相同偏移
  

‌Factor‌

• 基于表面斜率的动态偏移量（变量），计算公式为：
  
  
  
  • 动态偏移量 = Factor × max(|∂z/∂x|, |∂z/∂y|)
    
  • 倾斜表面（如斜坡、墙壁）斜率大，自动获得更大偏移
    
  • 平坦表面偏移较小，避免过度分离‌
    
  
  
• 最终深度修正公式：
  最终深度值 = 原始深度值 + (Units × 最小深度单位) + (动态偏移量)
  
• ZFightingFix.shader
  1. Shader "URP/ZFightingFix" {
  2.     Properties {
  3.         _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
  4.         _Units ("Units", Float) = 0     // 固定偏移
  5.         _Factor ("Slope Factor", Float) = 0 // 坡度系数
  6.     }
  7.     SubShader {
  8.         Tags { "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }
  9.         Pass {
  10.             HLSLPROGRAM
  11.             #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  12.             
  13.             struct Attributes {
  14.                 float4 positionOS : POSITION;
  15.                 float3 normalOS : NORMAL;
  16.             };
  17.             struct Varyings {
  18.                 float4 positionCS : SV_POSITION;
  19.             };
  20.             
  21.             float _Units, _Factor;
  23.             Varyings vert(Attributes v) {
  24.                 Varyings o;
  25.                 // 转换到裁剪空间
  26.                 o.positionCS = TransformObjectToHClip(v.positionOS.xyz);
  27.                
  28.                 // 计算表面斜率（视图空间法线Z分量）
  29.                 float3 normalVS = normalize(TransformWorldToViewDir(
  30.                     TransformObjectToWorldNormal(v.normalOS)
  31.                 ));
  32.                 float slope = abs(normalVS.z); // Z越小表面越陡峭
  33.                
  34.                 // 应用深度偏移
  35.                 float bias = _Units * 0.0001 + _Factor * (1 - slope);
  36.                 o.positionCS.z -= bias * o.positionCS.w; // 按w缩放适配透视
  37.                 return o;
  38.             }
  39.             // ... 片元着色器省略
  40.             ENDHLSL
  41.         }
  42.     }
  43. }

  复制代码

具体使用方法

关键参数说明

• _DepthBias: 固定深度偏移量，正值使物体看起来更近
  
• _SlopeScale: 基于表面斜率的动态偏移量，解决陡峭表面的深度冲突
  
• output.positionCS.z += ...: 在裁剪空间直接修改深度值
  
• slope计算: 基于法线向量计算表面斜率
  

参数建议

• 对于阴影渲染，建议使用较小的_DepthBias值(0.001-0.01)
  
• 对于复杂地形，可增加_SlopeScale值(0.1-1.0)
  
• 在URP管线下，也可通过Renderer组件的ShadowCastingMode设置全局深度偏移
  
• 法线贴图会影响实际斜率计算，需在切线空间正确转换法线向量
  
• DepthBiasExample.shader
  1. Shader "Custom/DepthBiasExample"
  2. {
  3.     Properties
  4.     {
  5.         _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
  6.         _DepthBias ("Depth Bias", Float) = 0
  7.         _SlopeScale ("Slope Scale", Float) = 0
  8.     }
  9.    
  10.     SubShader
  11.     {
  12.         Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" }
  13.         
  14.         Pass
  15.         {
  16.             HLSLPROGRAM
  17.             #pragma vertex vert
  18.             #pragma fragment frag
  19.             
  20.             #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  21.             
  22.             struct Attributes
  23.             {
  24.                 float4 positionOS : POSITION;
  25.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  26.             };
  27.             
  28.             struct Varyings
  29.             {
  30.                 float4 positionCS : SV_POSITION;
  31.                 float2 uv : TEXCOORD0;
  32.             };
  33.             
  34.             CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
  35.             float _DepthBias;
  36.             float _SlopeScale;
  37.             CBUFFER_END
  38.             
  39.             TEXTURE2D(_MainTex);
  40.             SAMPLER(sampler_MainTex);
  41.             
  42.             Varyings vert(Attributes input)
  43.             {
  44.                 Varyings output;
  45.                 output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz);
  46.                
  47.                 // 应用深度偏移
  48.                 output.positionCS.z += _DepthBias * output.positionCS.w;
  49.                
  50.                 // 基于斜率应用额外偏移
  51.                 float3 normalVS = TransformWorldToViewDir(float3(0,1,0)); // 示例法线
  52.                 float slope = 1.0 - abs(normalVS.z);
  53.                 output.positionCS.z += _SlopeScale * slope * output.positionCS.w;
  54.                
  55.                 output.uv = input.uv;
  56.                 return output;
  57.             }
  58.             
  59.             half4 frag(Varyings input) : SV_Target
  60.             {
  61.                 return SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, input.uv);
  62.             }
  63.             ENDHLSL
  64.         }
  65.     }
  66. }

  复制代码

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