模型、切线或相机空间中的光计算（着色）？

Question

我目前正在尝试实现需要“切线空间”的凹凸贴图。我阅读了一些教程，特别是以下两个：

• http://www.terathon.com/code/tangent.html
• http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-13-normal-mapping/

两个教程都避免在片段着色器中进行昂贵的矩阵计算，如果阴影计算照常发生在相机空间中（至少我已经习惯了），这将是必需的。

它们引入了切线空间，每个顶点可能不同（如果表面平滑，甚至每个片段）。如果我理解正确，为了有效的凹凸映射（即最小化片段着色器中的计算），他们使用顶点着色器将光计算所需的一切转换到这个切线空间。但我想知道模型空间是否是计算光照着色的好选择。

我关于这个话题的问题是：

• 对于切线空间中的着色计算，我在顶点着色器和片段着色器之间究竟传递了什么？我真的需要转换切线空间中的灯光位置，需要O(number of lights) 的可变变量吗？例如，这不适用于延迟着色，或者如果由于顶点着色器中的某些其他原因不知道灯光位置。必须有一个（仍然有效的）替代方案，我猜这就是模型空间中的着色计算。

• 如果我传递模型空间变化，是否仍然在切线空间中执行着色计算是个好主意，即在片段着色器中转换灯光位置？还是在模型空间中执行着色计算更好？哪个会更快？ （在这两种情况下我都需要一个 TBN 矩阵，但一种情况需要模型到切线的变换，另一种需要切线到模型的变换。）

• 我目前将逐顶点法线、切线和双切线（正交法线）传递给顶点着色器。如果我理解正确，则仅当我想快速构建模型到切线空间矩阵时才需要正交化，该矩阵需要反转包含 TBN 向量的矩阵。如果它们是正交的，这只是一个转置。但是，如果我不需要切线空间中的向量，我不需要求逆，而只需要矩阵中的原始 TBN 向量，然后是模型的切线矩阵。这不是简化了一切吗？

Answer 1

法线贴图通常在切线空间中完成，因为法线贴图是在这个空间中给出的。因此，如果您在顶点着色器中将（相对较少的）输入数据预转换为切线空间，则不需要在片段着色器中进行额外计算。当然，这要求所有输入数据都可用。我还没有使用延迟着色进行凹凸贴图，但使用模型空间似乎是个好主意。世界空间可能会更好，因为您最终需要世界空间向量来渲染到 G 缓冲区。

如果您传递模型空间向量，我建议在此空间中执行计算。然后片段着色器必须将 one 法线从切线空间转换到模型空间。在另一种情况下，它必须将 n 个光照属性从模型空间转换到切线空间，这需要 n 倍的时间。

如果不需要逆 TBN 矩阵，非正交坐标系应该没问题。至少我看不出有什么理由，为什么不应该这样做。