双面材质 - Unity URP Shader 实现与在线预览（案例 16.6）· URP 渲染实战

案例 16.6双面材质入门

目标：让只有一层面的网格（树叶、纸片、旗帜、布料、开口的碗）正反两面都正确受光，并能给背面不同的颜色。

原理：Cull Off 只是让背面也生成片元，但插值出来的法线依然是网格的正面法线。当我们从背面看时，法线背对着我们，光照结果就是“错的那一面”的光照。修正方法是在片元里判断当前片元来自正面还是背面，背面就把法线取反。HLSL 的系统值 SV_IsFrontFace 提供这个信息，URP（准确说是 Core RP 的平台抽象层）把它包装成了三个宏，屏蔽了平台差异：

// 摘自 Core RP 14 ShaderLibrary/API/Metal.hlsl（D3D11.hlsl 中相同）
#define FRONT_FACE_SEMANTIC SV_IsFrontFace
#define FRONT_FACE_TYPE bool
#define IS_FRONT_VFACE(VAL, FRONT, BACK) ((VAL) ? (FRONT) : (BACK))

Assets/Cookbook/Ch16/TwoSided.shader（节选：frag）

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half4 frag(Varyings i, FRONT_FACE_TYPE face : FRONT_FACE_SEMANTIC) : SV_Target
{
    // IS_FRONT_VFACE 屏蔽了平台差异：D3D/Metal 是 bool，旧的 GL 是 float 符号
    bool isFront = IS_FRONT_VFACE(face, true, false);
    float3 N = normalize(i.normalWS);
    if (!isFront && _FlipBackNormal > 0.5) N = -N;
    half3 albedo = isFront ? _BaseColor.rgb : _BackColor.rgb;
    return half4(SimpleLighting(albedo, N, i.positionWS, 0.3h), 1);
}

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void main()
{
    // GLSL 直接用内置的 gl_FrontFacing（bool）
    bool isFront = gl_FrontFacing;
    vec3 N = normalize(normalWS);
    if (!isFront && _FlipBackNormal > 0.5) N = -N;
    vec3 albedo = isFront ? _BaseColor.rgb : _BackColor.rgb;
    fragColor = vec4(SimpleLighting(albedo, N, positionWS, 0.3), 1.0);
}

**图 16-10**开口的半球碗与一张背对相机的薄片。左：Cull Back，碗内壁（背面）和薄片都被剔除，只剩碗外壁的一条边；中：Cull Off 但不翻转法线，背面用的是正面的法线，受光面反而发暗；右：翻转背面法线并换成浅色，碗内壁和薄片背面都正确受光

常见坑① 双面材质的阴影 Pass 也要 Cull Off，否则薄片只有一面投影，阴影会随光照角度时有时无。② 如果用了法线贴图，背面除了翻转几何法线，还要翻转 TBN 中的副切线方向（或者直接在世界空间翻转最终法线），否则凹凸方向是反的。③ 双面渲染不等于两倍开销：被剔除的三角形本来就不产生片元，Cull Off 只是让原本被剔除的那些也参与着色。真正的开销取决于背面实际被看到的面积。

本案例出自《URP 渲染实战》第 16 章「透明、混合与模板测试」。在章节中阅读上下文 →

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