百人计划（图形部分）Bump Mapping（凹凸贴图映射技术）
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BumpMapping介绍
物体的细节尺度
宏观尺度：
- 特征覆盖很多像素；
- 由顶点，三角形或者其他几何图元来表示
- 宏观尺度上建模的例子如创造三维角色时的四肢或头部；
中观尺度：
- 特征只覆盖几个像素；
- 描述介于微观尺度与宏观尺度间特征，包含细节较复杂，无法使用单个三角形进行渲染；
- 但细节又较大，能够让观察者看到几个像素以上的表面曲率变换；
- 如：人脸皱纹，肌肉细节，衣服褶皱
微观尺度：
- 特征小于一个像素；
- 微观尺度在着色模型中工作，着色模型通常在像素着色器中实现，使用纹理贴图作为参数；
- 着色模型模拟物体表面微观几何形状的相互作用；
- 如：有光泽物体在微观尺度下光滑，漫反射物体表面在微观尺度下粗糙；
凹凸映射（Bump Mapping）
就是模拟中观尺度的常用方法之一，能够让观察者感觉到比几何模型尺度更小的细节
基本概念
纹理中把尺度细节相关的信息编码进去，着色过程中用稍微受到干扰的表面代替真实表面，使表面看起来具有小尺度的细节。
原理
Bump Mapping分类
上图自左往右分别是只加颜色贴图，加入法线贴图（法线映射），加入高度图（视差映射）
Normal Mapping 法线映射
基础概念
- 法线贴图是一张存有物体局部表面发现信息的贴图
- 计算光照时，程序读取法线图，并获取到当前像素点的法线信息，结合光线信息进行光照计算，从而让物体表现更丰富的细节，随光照方向变换出现实时的变化；
- 使用法线贴图来计算光照，可以让物体表现出更多丰富的细节，且随着光照方向的变化而变化，这是普通的贴图做不到的。
- 法线贴图一般由高模映射到对应的低模上来生成。对于金属、木头这类细节丰富的物体，可以借助程序化的软件，如PS、SD来生成
法线的存储，一般会放到模型的切线空间中
切线空间
切线空间是以物体表面的切线、副切线和法线组成的空间
在计算光照时，需要把相关的向量放在统一的坐标系下进行运算。此时就需要不同空间坐标的转换矩阵（世界空间转切线空间/切线空间转世界空间）
补充：为什么一定要用切线空间？（https://www.zhihu.com/question/23706933/answer/161968056）
实际上，法线本身存储在哪个坐标系中都是可以的，例如存储在世界空间、或者模型空间、或者切线空间中。
但问题是，我们并不是单纯的想要得到法线，后续的光照计算才是我们的目的。不管使用哪个坐标系，都面临着一个选择，就是最后光照计算使用的坐标系究竟是哪个。
对于切线空间，我们需要把视线方向、光照方向在顶点着色器中转换到切线空间中，然后在片元着色器对法线纹理采样后，直接进行光照计算。
世界空间和切线空间的转换
将世界坐标系下顶点的法线（Normal）、切线（Tangent）、副切线（Bitangent）作为切线空间坐标系的正交基。用这三个向量的标准正交基构建转换矩阵。对应关系为：法线方向作为z轴，切线方向作为x轴，副切线方向作为y轴
由于需要转换的都是方向向量，所以只需要构建一个3×3的旋转矩阵来进行世界空间到切线空间的转换，称为TBN矩阵
切线空间到世界空间的转换矩阵为上述TBN矩阵的逆矩阵，因为是正交矩阵，所以逆矩阵就是它的转置矩阵
切线空间的优点
- 自由度高，若法线记录在模型空间下，则它为相对于模型的绝对法线信息，如球体的法线信息无法传递给环形物体；而切线空间下的是相对法线信息，是对当前物体法线的扰动；
- 方便UV动画：它对现有法线扰动，当UV在模型上进行偏移时可以实现物体表面凹凸效果偏移从而实现UV动画；
- 法线贴图重用：如立方体六个面可以使用一张法线贴图；
- 便于压缩：由于切线空间中，其法线始终垂直于表面向外，在归一化的法线向量里，其法线值始终处于0和1之间；故而可以使用(1-T2 -B2 )1/2推导出法线的值；而模型空间里，理论上法线的值可以为负，即可以从-1到1之间，就不能只通过B和T两个值来推导法线值，必须存储三个值，从而无法实现图像压缩；
法线贴图在Unity中的压缩格式
在非移动平台上，会把法线贴图转化为DXRT5nm格式
这个格式只有两个有效GA通道（就是上边说的只存xy，推出z） ，分别对应法线的x、y分量可以节省空间。
在移动平台上，使用传统RGB通道。
因为模型空间下切线的范围是-1 ~ 1，而法线纹理的通道范围是0 ~ 1，所以进行了一次映射pixel=(normal+1)/2，于是切线空间的法线值（0，0，1）对应了法线纹理中的RGB值（0.5，0.5，1），这就是法线纹理主要为蓝色的原因
在解码时会进行反向操作，先乘2再减1把映射范围从0 ~ 1变回-1 ~ 1
视差映射 Parallax Mapping
基础概念
视差映射主要为了赋予模型表面遮挡关系的细节。引入了一张高度图和法线贴图一起使用，来产生一些真实的效果；高度图一般视为顶点位移来使用，此时需要三角形足够多，模型足够精细，否则看起来会有块状；如果在有限的三角形面的情况下就可以使用视差映射技术。
视差映射技术
利用模型表面高度信息来对纹理进行偏移（例如：低位置的信息被高位置的信息遮挡掉了，所以会采样更高的信息）
视差映射的实现
只改变纹路，不增加三角形
如下图，蓝色水平线为我们的模型表面，我们要让人眼看见底下凹凸不平的效果。随着视线方向看去，在模型表面A点所表现的纹理应该是在B点深度下的采样效果。
知道A的uv值的情况下，知道AB两者的偏移量即可算出B的uv值
在获得b点坐标后，我们在采样时就不会采样A而是b，由于深度大高度小的A很容易失去被采样的机会，失去表现机会故而产生遮挡；
陡峭视差映射
也是近似解，但比视差映射精确
基本思想是将深度等距分为若干层，从最顶层开始采样，直到当前层的深度大于采样出的深度，则返回此结果
陡视差映射的问题在于分层机制：
- 分层多，步进次数增多，性能开销会比较大
- 分层少，渲染出来会有比较明显的锯齿
浮雕映射
相比于视差映射，浮雕映射能够更精确地计算UV偏移量，可以提供更多的深度，还可以做自阴影和闭塞效果
下图中上边两个使用视差贴图，下边两个使用浮雕贴图
原理
浮雕映射采用射线步进和二分查找来决定UV偏移量，射线步进和视差映射一样，通过视差步进找到近似的位置之后，再通过二分查找找到精确的偏移值
Parallax Occlusion Mapping 视差闭塞贴图
相对于浮雕贴图，不用之处在于最后一步，浮雕贴图是在确认最后步进之后进行二分查找；
视差闭塞贴图是在最后步进的两端uv值进行采样，采样之后再对这两个结果进行插值，插值的结果作为P点最终的偏移值
- POM比起浮雕映射性能更好，同时比起视差映射也拥有更好的精确度，是一种性价比较高的选择
- 因为POM最后一步操作是插值，相对比较平滑和连续，在非常起伏凸起的表面可能没法得到正确的结果
作业
加法线贴图和不加的对比图
float3 NormalMap = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, i.uv));float3x3 TBN = float3x3(i.tDirWS,i.bDirWS,i.nDirWS); float3 nDir = normalize(lerp(i.nDirWS,mul(NormalMap,TBN),_UseNormal)); //lerp这样就可以调整法线强度
视差映射代码：https://zhuanlan.zhihu.com/p/164754522
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