【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

Unity URP中的Decal（貼花）系統是一種用於將材質投射到場景幾何體表面的技術，主要用於實現血跡、彈孔、塗鴉等動態表面裝飾效果。以下是詳細解析：

核心功能與用途

• ‌動態投影‌：通過Decal Projector組件將材質動態投射到任意表面，包括曲面和複雜幾何體
• ‌光照交互‌：支持與場景光照系統交互，可模擬陰影、高光等物理效果

• ‌典型應用場景‌：

  • 遊戲中的彈孔、血跡、塗鴉
  • 環境細節增強（如牆面裂縫、污漬）
  • 技能範圍指示器（如Dota2的地面標記）

技術演進

原理

Unity URP中的Decal系統通過‌深度緩衝重建世界座標‌和‌材質投影技術‌實現動態貼花效果，其核心原理可分為以下技術層級：

底層渲染流程

• ‌深度圖採樣‌

  Decal Renderer Feature在渲染管線中插入自定義Pass，通過_CameraDepthTexture獲取像素深度值，結合攝像機參數重建世界座標。關鍵公式：

  worldPos = _CameraToWorld矩陣 × (屏幕UV + 深度值 × 視錐向量)

• ‌投影體積裁剪‌

  使用Decal Projector定義的立方體邊界（Size參數）進行空間裁剪，通過射線與AABB碰撞檢測判斷像素是否在投影範圍內。超出範圍的像素會被剔除。

• ‌材質混合‌

  採用‌延遲渲染路徑‌的GBuffer修改策略，通過Blend指令將Decal的Albedo/Normal/Metallic等屬性與場景材質混合，支持PBR光照交互。

關鍵代碼實現示例

以下為簡化版Shader核心邏輯：

hlsl
// 深度重建世界座標
float3 ReconstructWorldPos(float2 uv, float depth) {
    float4 clipPos = float4(uv * 2 - 1, depth, 1);
    float4 worldPos = mul(_ClipToWorld, clipPos);
    return worldPos.xyz / worldPos.w;
}

// 投影體積判斷
bool IsInDecalVolume(float3 worldPos, float3 decalPos, float3 size) {
    float3 localPos = mul(_WorldToDecal, float4(worldPos, 1)).xyz;
    return all(abs(localPos) < 0.5);
}

技術演進對比

性能優化要點

• ‌層級剔除‌：通過Decal Layer分類控制不同Decal的渲染層級
• ‌距離淡出‌：Draw Distance和Start Fade參數動態減少遠處Decal計算
• ‌批處理‌：相同材質的Decal Projector會自動合併繪製調用

典型問題解決方案

• ‌透明物體支持‌：需自定義Shader重寫AlphaTest邏輯
• ‌曲面變形‌：增加Normal Smoothing參數修正法線插值
• ‌移動端適配‌：降低深度圖精度或使用Depth Prepass策略

完整實現流程

• 創建URP Asset：

  • 菜單欄 Edit > Project Settings > Graphics
  • 指定URP Pipeline Asset

• 添加Decal Renderer Feature：

  • 在URP Renderer Data中添加Decal Renderer Feature
  • 設置Priority控制渲染順序

• 創建Decal材質：

  • Shader選擇"Universal Render Pipeline/Decal"
  • 配置Albedo、Normal等貼圖通道

• 放置Decal Projector：

  • 創建空GameObject
  • 添加Decal Projector組件
  • 關聯步驟創建的材質

關鍵參數詳解

案例：彈孔效果

• ‌材質準備‌：

  • 使用8K掃描的彈孔貼圖（Quixel Megascans）
  • 法線貼圖增強立體感

• ‌動態生成‌：

  csharp
  void CreateBulletHole(Vector3 hitPoint, Vector3 normal) {
      var decal = new GameObject("BulletHole");
      var projector = decal.AddComponent<DecalProjector>();
      projector.material = bulletHoleMaterial;
      decal.transform.position = hitPoint + normal * 0.1f;
      decal.transform.rotation = Quaternion.LookRotation(-normal);
  }

• ‌性能優化‌：

  • 使用對象池管理Decal實例
  • 設置合理的Draw Distance避免過度渲染

注意事項

• ‌深度衝突‌：適當調整Projector的Offset參數（建議0.05-0.1）
• ‌移動平台‌：需測試ES3.0設備兼容性，必要時降低貼圖分辨率
• ‌透明表面‌：默認不支持透明物體接收Decal，需特殊Shader處理

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