更新时间：2024-09-20 17:10
法线贴图是一种在三维计算机图形学中广泛应用的技术，它通过RGB颜色通道来标记物体表面每个点的法线方向，从而模拟凹凸处的光照效果。这种技术可以在不增加多边形数量的前提下，为模型添加细节，提高视觉效果的同时优化渲染性能。法线贴图通常以普通RGB图像的形式存储，其中R、G、B分量分别对应法线的X、Y、Z坐标，使得细节程度较低的表面能够生成高细节程度的精确光照方向和反射效果。
法线贴图是一种特殊的纹理，它能够在3D表面上应用，与传统的2D纹理不同。它通过在每个像素点上编码高度值，包含了丰富的表面信息，使得简单的物体外形能够展现出复杂的立体视觉效果。法线贴图有两种变体：物体空间法线贴图和切线空间法线贴图，它们的区别在于法线测量和存储所用的坐标系统。
法线贴图的应用非常广泛，尤其是在CG动画渲染和游戏画面制作中。通过将高细节的模型烘焙出法线贴图，并贴在低多边形模型上，可以实现高质量的光影分布渲染效果。这种技术不仅能够降低渲染时所需的计算量，还能优化动画和游戏的渲染效果，因此被视为CG领域的一项主流技术，也是游戏界所称的次世代技术。法线贴图不会改变模型的实际形状，但能够在不增加多边形的情况下，通过光照计算增加表面细节，对于实时游戏引擎和时间受限的动画渲染来说，这是一种极其有效的技术。
法线贴图最初在专业的图形工作站上实现，随着家用电脑和游戏终端处理能力的提升，这项技术逐渐普及。许多知名的计算机游戏如Far Cry、Deus Ex: Invisible War、Thief: Deadly Shadows等都采用了法线贴图技术。法线贴图的流行得益于其出色的图形质量和较低的资源需求。随着技术的发展，如Xbox360这样的下一代游戏终端已经开始广泛应用法线贴图，并探索更高级的技术如视差映射。
法线贴图的工作原理基于光照计算，特别是朗伯光照模型（漫反射）。通过计算从光源到表面点的向量与表面法线向量的点积，可以得到光线在表面上的强度。法线贴图通过编码更细致的法线向量信息到一个三通道的位图纹理中，每个通道（红色、绿色、蓝色）对应一个空间尺度（X、Y、Z），这些尺度与物体空间或切线空间的坐标系统相关。这样，即使是简单的多边形模型，也能够通过法线贴图展现出复杂的光照和阴影效果。
法线贴图的生成通常是将高度图转换成法线图，其中RGB值分别代表该点的法线方向。这一过程可以通过图形API如Direct3D提供的函数来完成。在渲染时，将法线图的每个像素与光源向量进行点乘，得到明暗系数图，再将其应用到模型上，从而实现凹凸有致的视觉效果。具体的实现步骤包括将光源位置转换为ARGB值，生成法线图，以及在渲染程序中应用法线图和原纹理。