Unity Shader学习笔记:凹凸映射

凹凸映射的目的是使用一张纹理来修改模型表面的法线，以便为模型提供更多的细节。

有两种主要的方法可以用来进行凹凸映射：

1.使用高度纹理来模拟表面位移，然后得到一个修改后的法线值，这种方法也称为高度映射

2.使用一张法线纹理来直接存储表面法线，这种方法又被称为法线映射

由于法线纹理中存储的就是表面的法线方向，而法线方向的分量的范围在[-1,1],而像素的分量范围为[0，1],因此我们需要做一个映射，通常使用的映射就是：

pixel = (normal + 1)/2

这就要求，我们在Shader中对法线纹理进行纹理采样后，还需要对结果进行一次反映射的过程，以得到原先的法线方向。反映射的过程实际就是使用上面映射函数的逆函数：normal = pixel * 2 -1;

切线空间：

对于模型的每个顶点，它都有一个属于自己的切线空间，这个切线空间的原点就是该顶点本身，而z轴是顶点的法线方向(n),x轴是顶点的切线方向(t),而y轴可由法线和切线叉积而得，也被称为副切线或副法线。

切线空间下的凹凸映射实现

Shader "Own/Chapter7-NormalMapTangentSpace"
{
Properties
{
_Color("Color Tint",Color) = (1,1,1,1)
_MainTex("Main Tex",2D) = "white"{}
//法线纹理
_BumpMap("Normap Map",2D) = "bump"{}
//用于控制凹凸程度
_BumpScale("Bump Scale",Float) = 1.0
//高光反射颜色
_Specular("Specular",Color) = (1,1,1,1)
//高光反射区域大小
_Gloss("Gloss",Range(8.0,256)) = 20
}
SubShader
{
Pass
{
Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Lighting.cginc"
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
sampler2D _BumpMap;
float4 _BumpMap_ST;
float _BumpScale;
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
struct a2v{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 tangent : TANGENT;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f{
float4 pos : SV_POSITION;
float4 uv : TEXCOORD0;
float3 lightDir : TEXCOORD1;
float3 viewDir : TEXCOORD2;
};
v2f vert(a2v v){
v2f o;
o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
o.uv.xy = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
o.uv.zw = v.texcoord.xy * _BumpMap_ST.xy + _BumpMap_ST.zw;
//可以使用TANGENT_SPACE_ROTATION;代替下面两个式子
float3 binormal = cross(normalize(v.normal),normalize(v.tangent.xyz)) * v.tangent.w;
float3x3 rotation = float3x3(v.tangent.xyz,binormal,v.normal);
o.lightDir = mul(rotation,ObjSpaceLightDir(v.vertex)).xyz;
o.viewDir = mul(rotation,ObjSpaceViewDir(v.vertex)).xyz;
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target{
fixed3 tangentLightDir = normalize(i.lightDir);
fixed3 tangentViewDir = normalize(i.viewDir);
fixed4 packedNormal = tex2D(_BumpMap,i.uv.zw);
fixed3 tangentNormal;
tangentNormal = UnpackNormal(packedNormal),
tangentNormal.xy *= _BumpScale;
tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy)));
//tangentNormal.xy = (packedNormal.xy * 2 - 1) * _BumpScale;
//tangentNormal.z = sqrt(1.0 - saturate(dot(tangentNormal.xy,tangentNormal.xy)));
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex,i.uv).rgb * _Color.rgb;
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0,dot(tangentNormal,tangentLightDir));
fixed3 halfDir = normalize(tangentLightDir + tangentViewDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0,dot(tangentNormal,halfDir)),_Gloss);
return fixed4(ambient + diffuse + specular,1.0);
}
ENDCG
}
}
}

1.法线是单位矢量，可以利用根号(x^2 + y ^2 + z^2) = 1求得z,且由于是在切线空间下的法线纹理，因此z > 0;

扩展：

法线贴图 ： http://www.cnblogs.com/flytrace/p/3387748.html

法线贴图制作 ：http://tieba.baidu.com/p/4253979124