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图形学(法线贴图)

发布时间:2025-01-19 10:18:02

图形学世界中,法线贴图是一种强大的技术,它巧妙地将切线空间中的法线向量(区间0-1)映射到像素的颜色深度上,为光照计算提供了关键信息。要实现这一点,首先需要将法线从切线空间转换到世界空间,这个过程由TBN矩阵来完成。这个矩阵由T轴(从顶点和纹理坐标构建的向量)、B轴(垂直于T和N轴)和N轴(顶点法线)共同构成,负责法线的转换工作。

计算T轴的过程并非易事,它要求我们精确地通过三角形的顶点位置和纹理坐标来构造一个方程组,求解出与N轴垂直的T轴。这一步骤的准确与否直接影响到后续的光照效果。

在Unity渲染流程中,法线贴图的处理尤为关键。首先,我们通过采样函数SampleNormal获取法线信息,然后利用TransformTangentToWorld(原名左乘,建议改名为worldToTangent)将法线从切线空间转换到世界空间,以便进行光照计算。值得注意的是,如果模型经历了非统一缩放,我们需要对顶点法线进行调整,通过世界矩阵的逆运算G = M^{-1}

对于非统一缩放场景,Unity提供了TransformObjectToWorldNormal函数,专为处理这种复杂变换。在这个过程中,法线同样可能需要与世界矩阵相结合,再次调整其方向。特别是对于凹凸程度的控制,Scale参数在SampleNormal函数中扮演重要角色,它影响着法线的采样。采样后,法线纹理通过UnpackNormalRGB函数进行缩放,确保xy轴的范围在-1到1之间,尽管后续会进行归一化处理,但这个步骤至关重要,因为它确保了光照的准确性和一致性。

总而言之,法线贴图的处理是一个细致而精准的过程,每个步骤都在为最终的光照效果增添精度和真实性。通过巧妙地运用TBN矩阵和相关函数,图形学程序员能够将法线贴图的潜力最大化,为游戏和应用带来极致的视觉体验。

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