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【URP】[光栅阶段][光栅插值]Unity透视校正插值

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

【渲染流水线】[光栅阶段]-[光栅插值]以UnityURP为例-CSDN博客 前置内容

Q: UnityURP在 光栅阶段 光栅插值 时,如何通过重心坐标公式进行透视校正插值,确保三角形片元生成过程中纹理、颜色等属性的平滑过渡?
A: 透视校正的核心原理是:屏幕空间的重心坐标需通过顶点w分量校正,才能反映原始3D空间的真实比例关系。这种非线性插值消除了简单线性插值导致的纹理扭曲现象

  • 下面给出完整流程和实际计算示例:

重心坐标计算

首先根据屏幕空间三角形顶点坐标计算像素的重心坐标(α,β,γ),满足α+β+γ=1且各分量非负。传统方法通过叉积计算面积比,现代GPU多采用点积优化实现。

透视校正插值公式

顶点属性插值需使用透视校正公式:

f=(α⋅f0/w0+β⋅f1/w1+γ⋅f2/w2)/(α/w0+β/w1+γ/w2)f=(α⋅f0​/w0​+β⋅f1​/w1​+γ⋅f2​/w2​)/(α/w0​+β/w1​+γ/w2​)

其中w为顶点齐次坐标的w分量,f代表纹理坐标/颜色等属性。该公式确保在透视变形时仍保持视觉正确的插值结果。

深度值插值

深度值z的插值需特殊处理,其倒数满足线性关系:

1/z=α⋅(1/z0)+β⋅(1/z1)+γ⋅(1/z2)

该特性用于优化深度测试计算。

实现流程

  • 三角形设置阶段预计算边方程和包围盒
  • 遍历像素时通过重心坐标判断覆盖关系
  • 对每个片元执行透视校正插值
  • 最终输出带插值属性的片元到着色器

URP中的控制参数

可通过Cull指令调整面片剔除模式,背面剔除可优化插值计算量。着色器中varying变量会自动处理透视插值

完整的透视矫正插值示例

  • 透视校正插值的纹理坐标和颜色计算过程如下(以三角形ABC为例):

1.顶点数据准备

假设三角形顶点数据为:

  • A:屏幕坐标(100,200),纹理坐标(0,0),颜色红色(1,0,0),w=1.2
  • B:屏幕坐标(300,200),纹理坐标(1,0),颜色绿色(0,1,0),w=1.5
  • C:屏幕坐标(200,400),纹理坐标(0.5,1),颜色蓝色(0,0,1),w=1.8

2.重心坐标计算

对屏幕坐标(200,300)的像素P,通过点积法计算重心坐标:

α=0.3,β=0.4,γ=0.3(满足α+β+γ=1)

3.透视校正插值公式应用

纹理坐标插值‌:

  • u=(0.3∗0/1.2+0.4∗1/1.5+0.3∗0.5/1.8)/(0.3/1.2+0.4/1.5+0.3/1.8)≈0.38
  • v=(0.3∗0/1.2+0.4∗0/1.5+0.3∗1/1.8)/(相同分母)≈0.22

颜色插值‌:最终插值颜色为RGB(0.26,0.42,0.18)。

  • R=(0.3∗1/1.2+0.4∗0/1.5+0.3∗0/1.8)/(相同分母)≈0.26
  • G=(0.3∗0/1.2+0.4∗1/1.5+0.3∗0/1.8)/(相同分母)≈0.42
  • B=(0.3∗0/1.2+0.4∗0/1.5+0.3∗1/1.8)/(相同分母)≈0.18

4.深度值验证

使用倒数线性插值验证:

1/z=0.3∗(1/1.2)+0.4∗(1/1.5)+0.3∗(1/1.8)≈0.69→z≈1.45

5.注意:

  • 插值分母(α/w₀ + β/w₁ + γ/w₂)需预计算优化性能
  • 深度值必须单独使用倒数插值保证正确性
  • URP着色器自动处理透视校正,无需手动实现

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http://www.lryc.cn/news/621876.html

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