核心原因：法线向量的存储规则‌

‌法线向量的物理范围‌

法线是单位向量，每个分量（X, Y, Z）的取值范围为 ‌[-1, 1]，分别代表切线空间中的方向：

‌X（红色通道）：左右偏移（左为负，右为正）
‌Y（绿色通道）：上下偏移（下为负，上为正）
‌Z（蓝色通道）：垂直表面的方向（指向外部为正）‌。

‌颜色空间的映射限制‌

图像颜色值范围是 ‌[0, 1]（对应0~255），因此需要进行转换：

RGB=(Normalxyz+1)/2

‌默认法线方向‌：当表面完全垂直（无倾斜）时，法线向量为 ‌(0, 0, 1)。
‌转换结果 ‌：
- R=20+1=0.5 （128）
- G=20+1=0.5 （128）
- B=21+1=1 （255）
- 最终颜色为 ‌(128, 128, 255)，即 ‌蓝紫色‌（蓝色占主导）‌。

‌现实模型的主导方向

大多数模型表面（如墙面、地面）以‌垂直方向为主‌（Z≈1），因此蓝色通道值接近255，而XY通道接近128（中性灰），整体呈现蓝色基调‌。

‌颜色变化的场景解释‌

‌颜色表现‌	‌对应的法线方向‌	‌表面形态‌
‌深蓝色 (0,0,1)	完全垂直向外	平坦表面（如地板）
‌蓝紫色 (0.5,0.5,1)	轻微倾斜	缓坡、弧形表面
‌青色/绿色 (低R,高G,中B)	明显上/下倾斜（Y≠0）	边缘、陡坡
‌红色/粉色 (高R,中G,中B)‌	明显左/右倾斜（X≠0）	侧壁、凹凸边缘

💎 ‌示例‌：墙面法线贴图中，砖缝凹陷处因法线指向侧方（X/Y增大），可能呈现红绿色调，但整体仍以蓝紫色为基底‌。

️ ‌技术实现验证‌

‌生成与解码逻辑‌

‌生成法线贴图 ‌：通过公式 color = (normal + 1) / 2 将高模法线烘焙为贴图‌。
‌Shader解码‌：在着色器中逆向计算还原法线向量：此步骤是光照计算的基础‌。
c 复制代码
```
glsl
vec3 normal = texture(normalMap, uv).rgb * 2.0 - 1.0; // [0,1] → [-1,1]
```

‌切线空间的意义‌

法线贴图通常在‌ 切线空间（Tangent Space）中定义：

以顶点法线为Z轴，切线为X轴，副切线为Y轴构建坐标系。
‌优势‌：无论模型如何旋转，法线方向始终相对于表面本地坐标，确保凹凸效果稳定‌。

常见误区澄清‌

‌误区1 ‌：蓝色是人为设定的美术风格。‌真相‌：蓝色是数学映射的必然结果，由垂直方向（0,0,1）的编码规则决定‌。
‌误区2 ‌：法线贴图的颜色代表凹凸高度。‌真相 ‌：它存储的是‌方向‌而非高度，凹凸感通过光照模拟实现‌。

实际应用案例‌

‌Unity 工作流 ‌：将法线贴图拖入材质球的 ‌Normal Map ‌ 插槽，通过 UnpackNormal() 函数解码（内置管线见 UnityCG.cginc,URP管线UnpackNormalScale()见Packing.hlsl）‌。
‌效果增强 ‌：调整 ‌Normal Scale‌ 参数控制凹凸强度（值>1增强凸起，<1弱化）‌。

‌URP中的法线贴图

法线贴图设置流程

‌导入法线贴图 ‌
- 纹理类型设为"Default/Normal map"
- 压缩格式推荐BC5(DXT5nm)或BC7
- 勾选"sRGB"选项确保正确色彩空间转换
‌创建URP材质 ‌
- 使用Shader路径：Universal Render Pipeline/Lit
- 将法线贴图拖拽到Normal Map插槽
- 调整Normal Scale参数（建议0.5-1.5）

完整Shader代码实现

NormalMapURP.shader

c 复制代码

Shader "Custom/URPNormalMap"
{
    Properties
    {
        _BaseMap("Albedo", 2D) = "white" {}
        _BaseColor("Color", Color) = (1,1,1,1)
        _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {}
        _NormalScale("Normal Scale", Range(0,2)) = 1
        _Metallic("Metallic", Range(0,1)) = 0
        _Smoothness("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5
    }

    SubShader
    {
        Tags { 
            "RenderType"="Opaque" 
            "RenderPipeline"="UniversalPipeline"
        }

        HLSLINCLUDE
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
        #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"

        TEXTURE2D(_BaseMap);
        SAMPLER(sampler_BaseMap);
        TEXTURE2D(_NormalMap);
        SAMPLER(sampler_NormalMap);

        CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
            float4 _BaseMap_ST;
            half4 _BaseColor;
            half _Metallic;
            half _Smoothness;
            half _NormalScale;
        CBUFFER_END

        struct Attributes
        {
            float4 positionOS : POSITION;
            float3 normalOS : NORMAL;
            float4 tangentOS : TANGENT;
            float2 uv : TEXCOORD0;
        };

        struct Varyings
        {
            float4 positionCS : SV_POSITION;
            float2 uv : TEXCOORD0;
            float3 normalWS : TEXCOORD1;
            float4 tangentWS : TEXCOORD2;
            float3 positionWS : TEXCOORD3;
        };
        ENDHLSL

        Pass
        {
            Name "ForwardLit"
            Tags { "LightMode"="UniversalForward" }

            HLSLPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            Varyings vert(Attributes input)
            {
                Varyings output;
                VertexPositionInputs vertexInput = GetVertexPositionInputs(input.positionOS.xyz);
                VertexNormalInputs normalInput = GetVertexNormalInputs(input.normalOS, input.tangentOS);
                
                output.positionCS = vertexInput.positionCS;
                output.positionWS = vertexInput.positionWS;
                output.uv = TRANSFORM_TEX(input.uv, _BaseMap);
                output.normalWS = normalInput.normalWS;
                output.tangentWS = float4(normalInput.tangentWS, input.tangentOS.w);
                return output;
            }

            half4 frag(Varyings input) : SV_Target
            {
                // 采样基础贴图
                half4 baseColor = SAMPLE_TEXTURE2D(_BaseMap, sampler_BaseMap, input.uv) * _BaseColor;
                
                // 采样和解压法线贴图
                half4 normalSample = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, input.uv);
                half3 normalTS = UnpackNormalScale(normalSample, _NormalScale);
                
                // 构建TBN矩阵
                half3 bitangentWS = cross(input.normalWS, input.tangentWS.xyz) * input.tangentWS.w;
                half3x3 TBN = half3x3(input.tangentWS.xyz, bitangentWS, input.normalWS);
                half3 normalWS = TransformTangentToWorld(normalTS, TBN);
                
                // 光照计算
                Light mainLight = GetMainLight();
                half3 lightDir = normalize(mainLight.direction);
                half NdotL = saturate(dot(normalWS, lightDir));
                half3 diffuse = baseColor.rgb * NdotL * mainLight.color;
                
                // 高光计算
                half3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos - input.positionWS);
                half3 halfVec = normalize(lightDir + viewDir);
                half NdotH = saturate(dot(normalWS, halfVec));
                half specular = pow(NdotH, _Smoothness * 256) * _Metallic;
                
                half3 finalColor = diffuse + specular * mainLight.color;
                return half4(finalColor, baseColor.a);
            }
            ENDHLSL
        }
    }
}

关键实现说明

‌法线解压 ‌：使用UnpackNormalScale函数处理法线贴图数据，支持强度调节
‌TBN矩阵‌：通过切线、副切线和法线构建转换矩阵，将切线空间法线转到世界空间
‌光照模型‌：采用Blinn-Phong模型计算漫反射和高光
‌URP适配 ‌：使用URP特有的GetVertexPositionInputs等函数替代传统Shader写法

常见问题解决方案

‌法线效果异常‌：检查切线空间计算是否正确，确保模型导入时勾选"Calculate Tangents"
‌性能优化‌：移动端可考虑在切线空间计算光照减少矩阵运算
‌多光源支持‌：需添加AdditionalLights Pass处理额外光源

总结‌

法线贴图的蓝色基调本质是‌垂直方向向量(0,0,1)经归一化映射后的颜色表达‌，这种方法平衡了存储效率与光照计算需求，是3D渲染中模拟表面细节的核心技术‌，直观的颜色样式只是数据可视化的一种直观显示。

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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【URP】法线贴图为什么主要是蓝色的?