【URP】Unity[后处理]景深DepthOfField

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Unity URP中的景深(Depth of Field)是一种模拟真实相机光学特性的后处理效果，通过模糊近处或远处的物体来突出焦点区域，增强画面层次感和真实感。其发展经历了从Built-in管线的基础实现到URP/HDRP的物理化演进过程，早期采用高斯模糊近似，现代则引入散景(Bokeh)等更接近真实光学特性的算法。

核心作用

• ‌视觉引导‌：突出主体对象，弱化背景干扰
• ‌增强真实感‌：模拟摄影镜头物理特性
• ‌艺术表现‌：通过散景光斑创造氛围

实现原理

基于深度缓冲区计算弥散圈(Circle of Confusion)，通过多Pass模糊处理非焦点区域。URP提供两种模式：

• ‌高斯模式‌：性能优先，仅支持远场模糊
• ‌散景模式‌：质量优先，模拟光圈叶片光学特性

Unity URP中的景深(Depth of Field)效果基于光学透镜的物理特性模拟，其核心原理是通过计算混淆圈(Circle of Confusion, CoC)来实现虚实分层。

光学基础原理

• ‌透镜成像特性‌：真实相机中，只有特定距离(焦平面)的物体能清晰成像，其他距离的物体会在传感器上形成弥散圆斑(CoC)，其直径与光圈大小成正比。URP通过高斯模糊或散景模式模拟这一现象，前者计算效率高但物理准确性较低，后者更接近真实光学效果。

• ‌CoC计算‌：每个像素的模糊程度取决于其深度值与焦点距离的差值。计算公式为：

  CoC = |(d_l * f * (z - z_f)) / (z * (f + z_f))|

  其中d_l为光圈直径，f为焦距，z为物体距离，z_f为对焦平面距离5。URP在Shader中通过深度纹理(_CameraDepthTexture)获取每个像素的z值。

URP实现流程

• ‌预处理阶段‌：生成包含CoC数据的纹理。通过比较像素深度与焦点距离，标记需要模糊的区域（近景或远景）。示例参数包括：

  csharp
  [Range(0.1f, 100f)] public float focusDistance = 10f;// 焦点距离
  [Range(0.1f, 10f)] public float focusRange = 3f;// 清晰范围
  [Range(1f, 10f)] public float bokehRadius = 4f;// 散景强度

• ‌模糊处理‌：根据CoC数据对非焦点区域进行分层模糊。URP提供两种方式：

  • ‌高斯模糊‌：使用降采样+上采样的多Pass模糊，适合性能敏感场景
  • ‌散景模糊‌：模拟光学透镜的虚化效果，在高亮区域生成光斑（Bokeh），需额外计算亮度阈值

• ‌合成阶段‌：将模糊后的图像与原图按CoC权重混合。清晰区域的权重为，模糊区域根据CoC半径插值。

示例代码逻辑

以下为简化版CoC计算Shader代码片段：

hlsl
float4 Frag(Attributes input) : SV_Target {
    float depth = SampleDepthTexture(_CameraDepthTexture, input.uv);
    float linearDepth = Linear01Depth(depth);
    float coc = saturate(abs(linearDepth - _FocusDistance) / _FocusRange);
    return float4(coc, coc, coc, 1);
}

该代码生成CoC图，白色表示完全模糊，黑色表示完全清晰。完整实现还需结合多尺度模糊和色调映射处理。

性能优化

• ‌降采样‌：在Half/Quarter分辨率下计算模糊，减少像素处理量
• ‌动态调整‌：根据平台性能切换高斯/散景模式，移动端建议使用高斯模糊
• ‌焦点追踪 ‌：通过射线检测动态更新focusDistance，实现自动对焦效果

完整实现流程

• URP_DepthOfFieldSetup.cs

  using UnityEngine;
  using UnityEngine.Rendering;
  using UnityEngine.Rendering.Universal;
  
  public class URP_DepthOfFieldSetup : MonoBehaviour
  {
      [SerializeField] private VolumeProfile volumeProfile;
  
      void Start()
      {
          var depthOfField = volumeProfile.Add<DepthOfField>();
          depthOfField.mode.value = DepthOfFieldMode.Bokeh;
          depthOfField.focusDistance.value = 5f;
          depthOfField.aperture.value = 5.6f;
          depthOfField.focalLength.value = 50f;
      }
  }

• DoF_Shader.shader

  Shader "Custom/DoF"
  {
      Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} }
      SubShader
      {
          Pass {
              // 深度采样与模糊处理
          }
      }
  }

参数详解

参数	作用	典型值
Focus Distance	焦点平面距离	3-10m
Aperture	光圈大小(f值)	1.4-16
Focal Length	镜头焦距(mm)	35-200mm
Blade Count	光圈叶片数	5-9片

实际应用案例

• ‌角色特写‌：聚焦角色面部，模糊环境
• ‌场景过渡‌：动态调整焦点实现镜头语言
• ‌UI突出‌：模糊游戏界面背景

性能优化建议

• 移动端使用高斯模式
• 控制Blur Iterations≤3
• 采用DownSample降低分辨率

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