计算机图形学：详解法线与法线贴图原理

 再游戏中，渲染多面是比较消耗性能的，法线贴图可以让在一张平面图片上面模拟出凹凸的效果

首先看下wiki上的解释：

在三维计算机图形学中，法线贴图（英語：Normal mapping）是一种模拟凹凸处光照效果的技术，是凸凹贴图的一种实现。法线贴图可以在不添加多边形的前提下，为模型添加细节。常见的使用场景是为低多边形模型改善外观、添加细节，此时的法线贴图一般根据高多边形模型或高度贴图（英语：Heightmap）生成。

再看下unity官方对法线纹理的解释：

法线贴图 (Normal Map) 是一种凹凸贴图 (Bump Map)。它们是一种特殊的纹理，可让您将表面细节（如凹凸、凹槽和划痕）添加到模型，从而捕捉光线，就像由真实几何体表示一样。

下面先普及几个概念：

叉乘：

点乘 ：

点乘表示A在B方向上的投影与B方向的乘机，反映了两个向量在方向上的相似度

计算公式为：

法线：

法线，是指始终垂直于某平面的虚线，这是在二维平面下的法线

在三位平面下的法线：

用叉乘求得一个面的法线

平面图片下的光照模型及法线对光照的影响：

 入射光线与该面的法线求夹角：

 刚才写道：

点乘表示A在B方向上的投影与B方向的乘机，反映了两个向量在方向上的相似度

 当乘积越大则入射光线与法线点乘长度越大，则代表光线照射的地方越亮

当入射光线与法线点乘的值为负数的时候，代表这个光照射在了图的背面

这样就可以根据这个值去确定物体的明暗程度

从绘画到法线贴图：

在绘画中通过物体的明暗变化来塑造立体感，就拿素描来举例子：

 一张图片就可以表现出立体感：

那么在游戏画面中：

 物体表面其实是一张图片，只不过是表面法线不同，所以有了立体感

在一张贴图上记录它不同位置的法线情况，去和光线作用，就会产生立体的效果

关于法线贴图的颜色：

如下是一张贴图，发现颜色更偏向于蓝色

主要是因为法线纹理的RGB通道存储了在每个顶点各自的Tangent Space中的法线方向的映射值，其实法线向量有三个值，这三个值可以分别对应RGB三个值，一般法线垂直于物体的分量多一些，也就是Blue多一些，也就偏向于蓝色了