MenmaTop凹凸纹理基本概念
凹凸纹理是用来做什么的？
纹理除了可以用来进行颜色映射外，另一种常见的应用就是进行凹凸映射
凹凸映射的目的是使用一张纹理来修改模型表面的法线，让我们不需要增加顶点，就可以让模型看起来有凹凸效果。
原理：
光照的计算会利用法线参与计算。使用凹凸纹理的法线参与计算，可以呈现出更丰富的视觉效果。
作用：
凹凸纹理最大的作用就是让模型可以在不添加顶点（不增加面）的情况下通过凹凸映射将凹凸纹理中的法线信息映射到模型中，让模型看起来拥有更多的细节，是一种视觉上的“欺骗”技术。
纹理贴图类型
高度纹理贴图
高度纹理贴图 简称高度图
他存储了模型表面上每个点的高度信息，通常使用灰度图像（RGB值相同）来表示。
其中不同的灰度值表示不同的高度（较亮区域通常对应较高的点，较暗的区域对应较低的点）。
它主要用于模拟物体表面的位移。
存储规则：
图片中每一个像素点的RGB值都是相同的，表示高度值。A值通常为1。
高度值范围一般为0到1，0代表最低、1代表最高。
优点：
可以通过高度图很明确的知道模型表面的凹凸情况
缺点：
无法在Shader中直接得到模型表面点的法线信息（需要通过计算得到，会额外增加性能开销）。
所以在使用凹凸纹理时，通常会使用法线纹理贴图。
法线纹理贴图
法线纹理贴图一般简称法线贴图或法线纹理
它存储了模型表面上每个点的法线方向。
存储规则：
图片中的RGB值分别存储法线的X、Y、Z分量值，取值在[0,1]之间
A值可以存储其他信息 如材质光滑度等。
优点：
从法线贴图中取出的数据便是法线信息，可以直接简单处理后就参与光照计算，性能表现更好
缺点：
无法直观的看出模型表面的凹凸情况
法线纹理贴图读取分量数据的规则
由于法线XYZ分量范围在[-1,1]之间
而像素RGB分量范围在[0,1]之间
因此我们需要做一个映射计算
存储图片时：
像素分量 = (法线分量 + 1) / 2
因此当我们取出像素分量使用时需要进行逆运算
读取数据时：
法线分量 = 像素分量 * 2 - 1
两种法线纹理贴图的存储方式
法线纹理贴图中主要存储法线信息，
而法线信息其实就是个方向向量，而方向向量就得有相对坐标系
因此，法线贴图的存储方式按相对坐标系有两种方式:
- 基于模型空间的法线纹理
- 基于切线空间的法线纹理
基于模型空间的法线纹理
模型数据中自带的法线数据，就是定义在模型空间中的，因此最直接的存储法线贴图数据的方式 就是存储基于模型空间下的法线信息。
由于模型空间中每个点存储的法线方向是各式各样的(因为原点是模型的原点)
比如：
法线（0,1,0）映射到像素后是 (0.5,1.0.5) 绿色
法线（0,-1,0）映射到像素后是 (0.5,0,0.5) 紫色
因此基于模型空间的法线纹理一般是五颜六色的
这种法线纹理贴图数据取出来直接参与Shader计算即可
基于切线空间的法线纹理
虽然基于模型空间的法线纹理贴图看起来很符合计算需求
但是在实际开发时，美术同学给到我们的法线贴图一般都是基于切线空间的
每个顶点都有自己的切线空间
在切线空间下，原点为顶点本身
X轴：顶点切线
Z轴：法线方向（顶点的原法线）
Y轴：X和Z的叉乘结果，也被称为副切线
切线空间下的法线纹理贴图是蓝色的原因
在切线空间下，如果该顶点的法线不变化（不需要“凹凸感”）那么它的坐标是(0,0,1)
因为在切线空间下，Z轴就是原法线方向
因此：
法线（0,0,1）映射到像素后是 (0.5,0.5,1) 浅蓝色
这个浅蓝色就是 切线空间下法线贴图 存在大片蓝色的原因
因为大部分顶点的法线和模型本身法线是一致的 只有凹凸部分的颜色才会有些许差异
这种法线纹理贴图数据取出来后需要进行坐标空间转换 再参与Shader计算
为什么要使用切线空间下的法线纹理贴图
- 可以用于不同模型（如果模型空间下法线，不能用于其他模型）
- 方便处理模型变形
- 可以复用，例如(一个砖块，6个面贴图都是一样的，可以只用一张法线贴图即可用于6个面计算)
- 可以压缩(可以只存储两个轴的分量)
- 方便制作UV动画(UV坐标改变可以实现凹凸移动效果，如果是模型空间下法线贴图表现会有问题 等等)
总结
凹凸纹理是用来做什么的？
通过高度纹理或法线纹理在不添加顶点（不增加面）的情况下让模型看起来同样充满细节（凹凸感） 原理：计算“假”凹凸面时，使用“真”凹凸面的法线参与计算
高度纹理贴图
RGB都存储高度值，表现为一张灰度图，由于需要更多额外计算，我们一般不使用
法线纹理贴图
RGB分别存储法线的XYZ值，有相对模型空间（彩色）和切线空间（蓝色）两种法线贴图
为什么要使用切线空间下的法线纹理贴图
切线空间法线贴图虽然要产生额外计算，但是能让法线贴图更加的通用，灵活