法线贴图，切线空间

 　　

 

　　法线贴图的每个像素包含一个向量，指向一个特定的方向。方向向量的范围在[-1,1]之间，而颜色所表示的范围是在[0,1]之间,所以颜色和方向的映射关系为：color=(v+1)*0.5。一般来说，法线贴图存储着每个点在各自的切线空间中的shading法线偏移（扰动）方向，如果一个点的法线方向不变，那么顶点在切线空间中的方向向量为(0,0,1)，扰动方向也是在(0,0,1)的周围，根据刚才的映射公式得到颜色值为(0.5,0.5,1)，所以显示出来的法线贴图是浅蓝紫色了。法线贴图可以用3dmax,blender等建模软件烘培。

　　法线贴图解码出来的法线信息是在切线空间，不是世界空间的法线。所以，我们需要把法线从切线空间转到世界空间。先从模型获取网格数据，根据语义绑定，能得到法线方向和切线方向。

struct MeshData
{
　　float4 vertex:POSITION;
　　float3 normal:NORMAL; //模型空间的法线
　　float3 tangent:TANGENT;　　//切线
}

Interpolators vert(MeshData v){
　　Interpolators o;
　　o.vertex=UnityObjectToClipPos(v.vertex);
　　o.normal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
　　o.tangent=UnityObjectToWorldDir(v.tangent.xyz);
　　o.bitangent=cross(o.normal,o.tangent)*(v.tangent.w*unity_WorldTransformParams.w);
　　o.wPos=mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
}

 v.tangent.w ：值为-1或者1,由引擎中的切线自动生成,和顶点的环绕顺序有关。

 w*unity_WorldTransformParams.w  ：定义于unityShaderVariables.cginc中.模型的Scale值是三维向量，即xyz,当这三个值中有奇数个值为负时（1个或者3个值全为负时），unity_WorldTransformParams.w=-1,否则为1.

这两个主要是防止翻转的问题。

 

再看看片元阶段

float4 frag(Interpolators i):SV_Target{
　　//因为要用法线贴图的法线，这里的原始网格法线就注释了
　　//float3 N=normalize(i.normal); 
 　 //tex2D(_Normals,i.uv)得到的是颜色值，在(0,1)之间，因为UnpackNormal()解码出来的是向量值，
　　　　即UnpackNormal()里做了映射处理，colorValue*2-1,映射在（-1，1）之间的范围，
　　　　即是顶点的法线方向　

　　float3 tangentSpaceNormal=UnpackNormal(tex2D(_Normals,i.uv));

　　float3x3 mtxTangToWorld={
　　　　i.tangent.x,i.bitangent.x,i.normal.x,
　　　　i.tangent.y,i.bitangent.y,i.normal.y,
　　　　i.tangent.z,i.bitangent.z,i.normal.z
　　};
　　
　　float3 N=mul(mtxTangToWorld,tangentSpaceNormal);
　　float3 L=normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.wPos));
　　float attenuation=LIGHT_ATTENUATION(i);
　　float3 lambert=saturate(dot(N,L));
　　float3 diffuseLight=(lambert*attenuation)*_LightColor0.xyz;

　　//specualr lighting
　　float3 V=normalize(_WorldSpaceCameraPos-i.wPos);
　　float3 H=normalize(L+V);  //半角向量
　　float3 specularLight=saturate(dot(H,N))*(lambert>0); //Bling-Phong
　　float specularExponent=exp2(_Gloss*11)+2;
　　specularLight=pow(specularLight,specularExponent)*_Gloss*attenuation;
　　specularLight*=_LightColor0.xyz;
　　return float4(diffuseLight*_Color+specularLight,1);
}

　　以上代码里，构建矩阵，把法线信息从切线空间转到世界空间。利用该空间下的法线信息去计算模型光照。