法线贴图

默认情况下，一个模型走的是顶点法线，一个游戏模型的顶点一般很少，所以法线细节也偏低。

使用法线贴图后，在片元阶段就能应用逐像素的法线，这样对于物体表面细节的还原就更加真实。

上图显示的是物体顶点法线，其中蓝色的是法线，绿色的是切线（Tangent），红色的是副法线（或者叫副切线）。这三根线构成了当前顶点的切线空间，我们在切线空间中描述模型的表面信息，并传递到法线贴图中。一般情况下，我们可以认为法线指向z轴，切线指向x轴，父法线指向y轴

在PC端上，法线贴图一般会用DXT/BC进行压缩，只保留红通道，所以需要在Shader中使用UnpackNormal方法，这个方法不仅会还原法线贴图，同时还会将偏移值从[0,1]转到[-1,1]，因为法线本来记录的就是每个像素的法线偏移量，取值是-1到1的。

一个物体的切线是引擎自动给出的，在Unity中，切线的方向跟物体uv的u方向一致。而物体的副法线是法线和切线通过叉乘计算出来的。

想要应用法线贴图，我们需要先在顶点着色器中将顶点在世界空间下的法线、切线、副切线信息传递到片元着色器中。

下面对于法线的应用，在ForwardBase和ForwardAdd两个Pass都要实现

Properties
{
    //...
    _NormalMap("NormalMap", 2D) = "bump" {}//法线贴图默认值是Bump
    _NormalIntensity("NormalIntensity", Range(0.0, 5.0)) = 1.0
 }

struct appdata
{
    //...
    float4 tangent : TANGENT;//tangent是一个四维向量，它的第四位记录了不同平台的次法线的翻转值
};

struct v2f
{
    float4 pos : SV_POSITION;
    float2 uv : TEXCOORD0;
    float3 normal_dir : TEXCOORD1;//世界空间法线
    float3 tangent_dir : TEXCOORD3;//世界空间切线
    float3 binormal_dir : TEXCOORD4;//世界空间副法线
    float3 pos_world : TEXCOORD2;//世界空间顶点，用来在片元Shader中计算视线方向
};
sampler2D _NormalMap;
float _NormalIntensity;

v2f vert (appdata v)
{
    v2f o;
    //...
    o.normal_dir = normalize(mul(float4(v.normal,0.0), unity_WorldToObject).xyz); 
    o.tangent_dir = normalize(mul(unity_ObjectToWorld, float4(v.tangent.xyz, 0.0)).xyz);
    o.binormal_dir = normalize(cross(o.normal_dir, o.tangent_dir)) * v.tangent.w;//使用tangent.w来解决不同平台次法线的翻转问题
    //...
    return o;
}
half4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    half4 base_color = tex2D(_MainTex, i.uv);
    half4 ao_color = tex2D(_AOMap, i.uv);
    half4 spec_mask = tex2D(_SpecMask, i.uv);
    half4 normal_map = tex2D(_NormalMap, i.uv);
    half3 normal_data = UnpackNormal(normal_map);//xyz分别记载了世界空间下当前像素切线、副法线、法线的偏移量
    normal_data.xy = normal_data.xy * _NormalIntensity;//法线强度偏移的是切线和副切线的值

    //应用法线贴图
    half3 normal_dir = normalize(i.normal_dir);
    half3 tangent_dir = normalize(i.tangent_dir);
    half3 binormal_dir = normalize(i.binormal_dir);
    float3x3 TBN = float3x3(tangent_dir, binormal_dir, normal_dir);
    normal_dir = normalize(mul(normal_data, TBN));//注意要右乘TBN矩阵
    //将从法线贴图中获取到的normal_data应用到normal_dir中，这里使用一个不使用TBN矩阵的更易懂的公式
    //normal_dir = normalize(tangent_dir * normal_data.x * _NormalIntensity + binormal_dir * normal_data.y * _NormalIntensity + normal_dir * normal_data.z);
    //...
}