Unity3d游戏开发之法线贴图

【狗刨学习网】unity极致学院，致力于打造业内第一一：法线贴图的原理二：法线贴图的实现三：法线贴图的使用四：法线贴图的格式一：法线贴图的原理光照效果很大程度上是由垂直于物体表面的法线决定的，因为法线影响反射光的方向。均匀垂直的法线是镜面贴图。但是有时候我们会给一个平面使用砖墙贴图，砖墙应该是凹凸不平的，而如果让砖墙使用该平面的法线的话，画面就会很假，神马？一面墙像镜子一样反光=。=而如果按真实砖墙去做模型的话，即做高精度模型，一方面制作麻烦，另一方面运行时对性能损耗大。法线贴图就是来解决这问题的。法线贴图就是把法线信息储存在一张图里。使用法线贴图时，通常顶点数和三角形面数只有高精度模型的十分之一不到。二：法线贴图的实现材质贴图对应的法线绘制在一张贴图上。将贴图对应点的单位法线向量信息float3(x,y,z) 储存在图对应的颜色里color(r,g,b)里，其中x,y,z分别对应r,g,b。单位法线向量 float3(x,y,z),x，y,z的取值范围是 [-1,1]。在法线贴图中被压缩在颜色的范围[0,1]中，所以需要转换：颜色 = 0.5 * 法线 + 0.5;线 = 2 * (颜色 – 0.5); 三：法线贴图的使用主要步骤（1）对法线贴图进行采样，取得压缩在颜色空间[0,1]里的法线float4 packedNormal = tex2D(_NormalMap, IN.uv_MainTex);（2）将压缩在[0,1]里的法线转换至3D空间[-1,1] (因为是单位向量)float3 expand(float3 v) { return (v – 0.5) * 2; }之后使用该法线即可，方法与16讲里一样。具体实现详见本文末的脚本。四：法线贴图的格式贴图主要分为2个类别：（1）RGB法线贴图,即上面使用的。通常呈蓝色。（后缀可以是常见的.png .jpg等）（2）压缩格式的法线贴图。例如DXT5nm（后缀名为.dds)dds是DirectDraw Surface的缩写，实际上，它是DirectX纹理压缩（DirectX Texture Compression，简称DXTC）的产物。DXTC减少了纹理内存消耗的50%甚至更多，有3种DXTC的格式可供使用，它们分别是DXT1，DXT3和DXT5。压缩法线贴图的原理：法线（x,y,z）是一条单位向量。故X2 + Y2 +Z2 =1。所以知道了x,y,z里的任意两个，剩下的那个就可以通过计算得出。所以我们就可以使用2个通道的图储存x,y,z里的两个值，将xyz里剩余的值省略，通过计算得出。压缩法线贴图的好处：压缩后的法线贴图，大小只有原来的1/4左右，故可以使用更大或者更多的贴图来提升画面品质。unity3d的法线贴图：unity3d使用的压缩法线贴图是DXT5nm格式的。有A和G两个通道。对于法线（x,y,z） A对应x,G对应y。对压缩法线贴图的采样依然是如下函数：float4 packedNormal = tex2D(_NormalMap, IN.uv_MainTex);packedNormal.w对应A通道,即法线的x。paackedNormal.y对应G通道,即法线的y。范围依然是[0,1], 依然需要转换至[-1,1]。对DXT5nm法线贴图进行转换的函数如下，其中v传入packedNormalfloat3 expand(float3 v){fixed3 normal;normal.xy = v.wy * 2 – 1;normal.z = sqrt(1 – normal.x*normal.x – normal.y * normal.y);return normal;}Unity3d的标准法线解压函数是fixed3 UnpackNormal(fixed4 packednormal)。打开UnityCG.cginc找到对应函数：inline fixed3 UnpackNormal(fixed4 packednormal){#if defined(SHADER_API_GLES) && defined(SHADER_API_MOBILE)return packednormal.xyz * 2 – 1;#elsefixed3 normal;normal.xy = packednormal.wy * 2 – 1;normal.z = sqrt(1 – normal.x*normal.x – normal.y * normal.y);return normal;#endif}该函数定义的如果是移动平台或者OpenGL ES，那么断定使用的是RGB法线贴图，否则则为DXT5nm贴图。但实际上移动平台也可以用压缩格式的法线贴图，而Windows也能使用RGB法线贴图。故不建议使用UnpackNormal函数，建议根据法线贴图的具体格式来使用自己写的对应函数。脚本：// Shader: 带法线贴图的Surface Shader// Author: Shader "Custom/3_NormalMap" { Properties {_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}_NormalMap ("NormalMap", 2D) = "white" {} }Subshader { CGPROGRAM #pragma surface surf BlinnPhong struct Input { float2 uv_MainTex; };//法线范围转换：单位法线 float3(x,y,z),x，y,z的取值范围是 [-1,1]。在法线贴图中被压缩在颜色的范围[0,1]中，所以需要转换 //(1)RGB法线贴图 float3 expand(float3 v) { return (v – 0.5) * 2; } //(2)DXT5nm法线贴图 float3 expand2(float4 v){fixed3 normal;normal.xy = v.wy * 2 – 1;normal.z = sqrt(1 – normal.x*normal.x – normal.y * normal.y);

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