切线空间

切线空间是一种特定的坐标系统，用于计算和应用法线贴图。在3D图形中，我们通常会遇到几种不同的坐标空间，如世界空间、对象空间、视图空间等。切线空间是相对于模型表面的局部坐标系统，它对于实现法线贴图特别重要，因为它允许法线贴图独立于模型的全局方向。

切线空间的组成

切线空间由三个互相垂直的向量定义：切线(Tangent)、副切线(BiTangent 或 Binormal)和法线(Normal)。

• 切线(Tangent)：通常指向模型表面的水平方向（例如，在一个水平放置的平面上，切线会指向水平的一边）。
• 副切线(BiTangent/Binormal)：通常指向模型表面的垂直方向（在同一个平面上，副切线会指向另一个水平方向，垂直于切线）。
• 法线(Normal)：垂直于模型表面，指向模型的外部。

切线空间在法线贴图中的作用

1. 局部化坐标：切线空间允许法线贴图的效果独立于全局坐标。这意味着无论模型在世界空间中如何旋转或放置，法线贴图都会以模型表面的局部坐标来应用。这对于复杂场景和动态对象至关重要。

2. 精确模拟表面细节：在切线空间中，法线贴图的每个像素都可以表示为相对于模型表面的微小偏移。这允许法线贴图精确地控制光照如何与模型表面的每个点交互，从而创建出复杂和细致的凹凸效果。

3. 转换法线：在渲染过程中，切线空间中的法线需要转换回世界空间或视图空间，以便正确地与场景中的光照和其他元素交互。这通常通过切线空间到世界空间的矩阵变换来完成。

计算切线空间

在实际应用中，切线和副切线通常在模型的顶点着色器阶段计算，并随顶点数据传递到像素着色器。这个计算考虑了模型的UV映射，确保切线空间正确地对齐于模型表面的纹理。

重要性

使用切线空间对于实现高质量的实时照明至关重要，它使得法线贴图能够在各种不同的模型和场景中以一致和可预测的方式工作。正确实现和使用切线空间可以显著提升材质的视觉质量，使表面细节更加丰富和真实。