Unity Shader Lab 模型切线和法线

DCC和unreal中的法线与切线

（maya）

 绿：法线， 红：切线， 蓝：副切线（ue4）

uv channel 0

法线由DCC软件确定，一般使用两种：（该点为三根线的端点）

三根法线合一，为相邻三个面法线的平均，在shader中视作一个点，

与相邻面法线 同向，unreal视作三个点，可能因为一个点对应的inputlayout(顶点缓冲布局） 只对应一组 NORMAL语义，

切线（作为切线空间的x轴）方向必定与法线方向垂直，并且与uv坐标的 u轴在垂直法线的平面的投影向量 同向，

裁UV 导致一个点有多个方向切线和副法线，导入unreal 一个点直接算作多个点，保证一个点 对应一组 normal，tangent，binormal（上图 由于裁UV 25个点变30个点）

法线变换，非均匀缩放：

制作模型确定顶点法线，同时由法线确定切线，导入unreal 此时 法线和切线必定垂直，但缩放（模型空间）
在unity中 对模型进行非均匀缩放（上图1/4缩小），
a. 左点：法线与临近的面法线同向，要求变换时依旧保持与 面法线同向
                切线 则 与该面平行
        缩放后，两法线失效，两切线依旧保持 与面平行，
b. 右点：法线是个平均值（与重心距离加权），在此处，渲染时 是光滑过渡，
        缩放后，切线方向，仍然由面确定，
        

法线的计算

渲染时，需要计算光照，需要 世界空间的 顶点或像素的法线方向，由于模型可能存在非均匀缩放，所以不能使用 (float3x3) _Object2World矩阵，

《unityshader入门精要》

 若M1 *M2 *M3 =M1* M3， 则M2为单位矩阵，设M1 为[ aij ] M2 为[ bij ] M3为 [ cij ] 直接相乘，就能找到规律。

所以 要使用：模型到世界矩阵 的逆 的转置

UnityObjectToWorldNormal()

// Transforms normal from object to world space
inline float3 UnityObjectToWorldNormal( in float3 norm )
{
#ifdef UNITY_ASSUME_UNIFORM_SCALING
    return UnityObjectToWorldDir(norm);
#else
    // mul(IT_M, norm) => mul(norm, I_M) => {dot(norm, I_M.col0), dot(norm, I_M.col1), dot(norm, I_M.col2)}
    return normalize(mul(norm, (float3x3)unity_WorldToObject));
#endif
}

// Transforms direction from object to world space
inline float3 UnityObjectToWorldDir( in float3 dir )
{
    return normalize(mul((float3x3)unity_ObjectToWorld, dir));
}

若均匀缩放，则直接使用UnityObjectToWorldDir()

若非均匀缩放，则乘以逆矩阵的转置（此处mul函数参数顺序，会转置该逆矩阵）。