shader之法线变换

对于法线变换，进行非统一缩放时，如果使用跟变换顶点相同的变换矩阵来变换法线，则会得到错误的结果，即变换后的法线方向与平面不再垂直。

如何求得变换法线的矩阵呢：

转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/jietian331/p/7047370.html

假设空间a中的某点的切线T_a和法线N_a，空间a转换到空间b的矩阵M_a->b，则Ta转换到空间b中后为：T_b = M_a->bTa，求将法线从空间a转换到空间b的矩阵？

设此矩阵为G，设Na转换到空间b后为Nb，则在空间b中满足：

T_b^T * N_b=0，

由于：

T_b = M_a->bT_a，

N_b = GN_a

所以可得：

(M_a->bT_a)^T(GN_a) = 0

推导得：

T_a^TM_a->b^TGNa = 0

由于在空间a中满足：

(T_a)^TN_a = 0

所以

M_a->b^TG = I

可得出：

G = (M_a->b^T)^-1 = (M_a->b^-1)^T

 

如果变换不包含非统一缩放，则Ma->b是正交矩阵，满足 M_a->b^-1=M_a->b^T，若统一缩放系数为 k，则

G = M_a->b / k

否则，则必须求解逆矩阵来得到变换法线的矩阵。

 

如UnityCG.cginc中的法线变换函数如下：

// Transforms direction from object to world space
inline float3 UnityObjectToWorldDir( in float3 dir )
{
    return normalize(mul((float3x3)unity_ObjectToWorld, dir));
}

// Transforms normal from object to world space
inline float3 UnityObjectToWorldNormal( in float3 norm )
{
#ifdef UNITY_ASSUME_UNIFORM_SCALING
    return UnityObjectToWorldDir(norm);
#else
    // mul(IT_M, norm) => mul(norm, I_M) => {dot(norm, I_M.col0), dot(norm, I_M.col1), dot(norm, I_M.col2)}
    return normalize(mul(norm, (float3x3)unity_WorldToObject));
#endif
}