法线贴图如何真正起作用？

我试图理解法线贴图的概念，但是我对一些事情感到困惑。简而言之，我不确定法线贴图是否依赖于视点（即，围绕同一对象旋转时是否会得到同一对象的不同法线贴图）。其次，我不明白为什么蓝色是法线贴图中的主要颜色。

我如何看待法线及其与RGB颜色的关系，如下所示。单位球体表示任何可能的单位法线-换句话说，单位法向向量的X，Y和Z分量的范围是-1至1。RGB颜色的分量的范围都是0至255。因此，这很有意义将-1（标准分量）映射到0（颜色分量），0到127或128以及1到255。介于两者之间的任何值都只是线性插值。

将此映射应用于任意3D对象的法线会产生非常彩色的图像，而根本不是蓝色。例如，当取一个立方体时，所有六个面将具有不同但均匀的颜色。例如，法线为（1,0,0）的脸将为（255,128,128），法线为（0,0，-1）的脸将为（128,128,0），依此类推。

但是，由于某种原因，我找到的多维数据集的法线贴图完全是蓝色的，即（128,128,255）。但很明显，法线并非全部在正z方向上，即（0,0,1）。这是如何运作的？

[编辑]

好的，因此上述方法似乎被称为对象空间法线贴图或世界空间法线贴图。另一个称为切线法线贴图。我了解如何使用这种切线空间法线贴图来修改几何体的法线，但是我仍然不确定完全如何计算它（请参阅我在Nicol Bolas的回答中的评论）。

[编辑2]

我可能应该提到我正在处理分段参数化曲面。这些表面由一组表面补丁组成，其中每个补丁都与其自己的参数空间（u，v）= [0,1] x [0,1]相关联。可以在表面的任何一点上精确计算法线。显然，跨越切线空间所需的向量T（切线）和B（双切线）不仅仅是在u和v方向上​​表面补丁的偏导数。

纹理映射是3D表面上的点与纹理图像上它们的相应点之间的映射。如果您具有1：1的纹理贴图，则3D曲面上的每个点都将映射到纹理图像中的特定且唯一的点（尽管反之不必如此。纹理中的某些位置不一定会映射到该位置在表面上）。

使用这样的贴图，您可以遍历3D表面并将每个不同的法线存储在纹理的相应位置。

好吧，让我们这样做。我们将遍历3D表面，并生成映射位置的对象空间法线，然后将其粘贴在纹理中。因此，当我们要渲染时，我们只需从纹理获取对象空间法线就可以了。对？

好吧，那会起作用。但这也意味着纹理的法线只能与该特定对象一起使用。这也意味着纹理的法线只能与该对象以及特定的纹理映射一起使用。因此，如果您想以某种方式旋转纹理贴图，或者通过一些UV变换对其进行更改，那么您将失去运气。

因此，通常，人们使用的是法线贴图，其中法线位于“切线空间”中。切线空间是相对于3D曲面上的映射点的空间，未修改的法线在+ Z方向上，X和Y轴相对于该曲面沿U和V轴指向。

切线空间实质上使法线正规化。在切线空间中，法线（0，0，1）始终表示“未修改”。这是从顶点法线插值得到的法线。这带来了许多您可以做的有用的事情，其中最重要的事情之一就是将它们存储在更少的数据中。

由于Z始终为正，因此您可以在着色器中根据X和Y分量对其进行计算。由于您仅需要2个值，因此您可以使用（在OpenGL图像格式命名法中）GL_RG82个字节/像素的格式，而不是GL_RGBA84个字节/像素（GL_RGB8仍为4个字节/像素） ，因为GPU会将每个像素填充到4个字节）。更好的是，您可以压缩这两个值，从而得到每像素1字节的格式。因此，您已经将纹理的大小减小到了对象空间法线贴图的75％。

在讨论任何类型的法线贴图之前，您需要首先知道其存储的内容。它是对象空间法线贴图，切线空间法线贴图还是其他东西？

法线贴图是使用所谓的切线空间进行映射的，该切线空间实际上是基于模型的纹理空间的局部空间。这应该回答您的两个问题。

它与视点无关，因为该空间与相机无关。在法线贴图中，Z是向上方向。如果查看模型的法线，则大多数法线矢量将直接从网格中指向。网格的表面是我所讨论的纹理空间，因此在该局部坐标系中，向上是“向外”方向。

在此页面中向下滚动

查看数据集下的右侧B / W图-这是（或至少以前被称为）刺猬图，是绘制每个法线的表面的渲染

因此，要了解传统的法线贴图，请考虑刺痛的刺猬，它们的所有刺都伸出来-这些刺中的每一个都垂直于刺猬下面的刺猬-

关于球体问题，如果您像射线追踪器那样纯粹生活在参数空间中，则球体的无穷法线集将简单地创建一个更大的球体-在细分空间中，即计算机向我们施加的力我们需要实时，那么您将得到一个球面的尖峰近似。

现在，该示例着重于一个对象法线贴图-它定义了相对于对象的法线，并且在对象，摄像机或其他任何物体的任何旋转，平移或缩放下均不变-如前所述，这是只有一种法线贴图，但是最常见

我想您可能对法线贴图有一些误解。基本上，这是一种模拟实际上凹凸不平的外观（实际上是完全平坦的几何形状）的方式。

法线贴图的颜色由技术着色器解释，并根据光强度和方向以及您的相机视图进行处理。例如，这意味着您可以拥有一个完全平坦的砖地板，具有平坦的纹理，但是由于它具有具有相同砖形状的法线贴图，因此当您环顾四周时，光线似乎会从侧面反弹的砖块使它看起来比3D更加真实。

这当然只是一种错觉，但比具有复杂的几何图形便宜得多。不，法线贴图的颜色不会改变。它们实际上只是代表要与着色器进行比较的值。我相信这里有人可以为您提供更多详细信息。