Unity URP 法线贴图如何生成 用什么工具创建
从零理解法线贴图的原理，掌握从 Photoshop、Blender 到 Substance 的多种生成工具，并在 URP 管线中正确实现法线贴图的采样与光照计算。
一、什么是法线贴图
法线贴图（Normal Map）是一种特殊的纹理，它不存储颜色信息，而是逐像素地编码了表面的法线方向。在渲染时，GPU 读取法线贴图中的法线向量，替代模型原本的顶点插值法线，从而在不增加几何复杂度的情况下模拟出丰富的表面凹凸细节。
核心要点：法线贴图通过在像素着色器中逐片元替换表面法线，让光线在"假凹凸"上产生正确的反射方向。眼睛看到的是细节，而三角形数量并没有增加。这是现代实时渲染中最重要的"障眼法"之一。
二、法线贴图的工作原理
2.1 切线空间（Tangent Space）
绝大多数的法线贴图都使用切线空间。切线空间是一个以模型表面为参考的局部坐标系，由三个正交轴构成：
- T（Tangent）— 切线方向，沿 UV 的 U 轴方向
- B（Bitangent / Binormal）— 副切线方向，沿 UV 的 V 轴方向
- N（Normal）— 顶点法线方向，垂直于表面
在切线空间中，一个完全平坦的表面法线是(0, 0, 1)，在法线贴图中的颜色就是(128, 128, 255)即浅蓝色。这就是为什么法线贴图整体看起来偏蓝。
2.2 解码公式
在着色器中，法线贴图的采样值从[0, 1]范围映射到[-1, 1]：
// 从法线贴图采样得到的颜色值 (0~1) float4 normalTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, IN.uv); // 解码：从 [0,1] 映射到 [-1,1] float3 tangentNormal = normalTex.xyz * 2.0 - 1.0; // 或者使用 Unity 内置函数（处理 DXT5nm 压缩格式） float3 tangentNormal = UnpackNormal(normalTex);注意 DXT5nm 压缩：使用UnpackNormal()是最安全的做法。Unity 在构建时可能将法线贴图压缩为 DXT5nm 格式，此时 R 通道被丢弃，法线的 X 存于 A 通道，Y 存于 G 通道。直接* 2 - 1会得到错误结果。
三、工具矩阵：用什么生成法线贴图
创建法线贴图主要有两条路径：从 2D 纹理转换（高度图 → 法线贴图），和从高模烘焙到低模。下面逐一介绍主流工具。
四、工具推荐对比
| 工具 | 类型 | 价格 | 上手难度 | 推荐场景 |
|---|---|---|---|---|
| Substance Designer | 2D 节点式 | $$$ | 高 | 专业程序化纹理制作 |
| Substance Painter | 高模烘焙 | $$$ | 中高 | 3D 资产纹理绘制 |
| Blender Bake | 高模烘焙 | 免费 | 中 | 独立开发者、预算有限 |
| Photoshop | 2D 滤镜 | $$ | 低 | 快速转换、UI 纹理 |
| NormalMap-Online | 在线 2D | 免费 | 极低 | 快速原型、学习测试 |
| xNormal | 高模烘焙 | 免费 | 中 | 轻量专业烘焙 |
| Materialize | 2D 转换 | 免费 | 低 | 从照片生成 PBR 材质 |
五、实战：用 Photoshop 从高度图生成法线贴图
这是最快捷的创建方式，适合有现成高度图或灰度纹理的场景。
准备高度图
准备一张灰度图。白色 = 凸起（最高），黑色 = 凹陷（最低）。确保图片是 2 的幂尺寸（512、1024、2048 等），这是 GPU 纹理的基本要求。
应用法线贴图滤镜
打开 Photoshop → 菜单栏 →滤镜 → 3D → 生成法线贴图（Filter → 3D → Generate Normal Map）。如果没有 3D 菜单，检查首选项中是否启用了图形处理器。
调节参数
在弹出的对话框中调节以下关键参数：模糊（Blur）一般设为 0~1 避免细节丢失；细节缩放（Detail Scale）控制凹凸强度，默认 10，砖墙类可调至 15~20；反转 Y— Unity 使用 OpenGL 法线格式（Y+ 向上），确保不勾选 Invert Y。
保存并导入 Unity
导出为 PNG 或 TGA。导入 Unity 后，在 Inspector 中将纹理类型设为Normal Map，勾选Create from Grayscale如果还没做法线转换。确保 Texture Shape 为 2D。
六、实战：用 Blender 从高模烘焙法线贴图
这是游戏资产制作的黄金标准流程，适合已有高模雕刻和低模拓扑的场景。
准备高低模
低模：正确展开 UV、所有面朝外、面法线方向一致。高模：雕刻好细节，与低模对齐位置。两个模型应重叠在同一世界位置。
创建烘焙用材质
选中低模，在 Shader Editor 中新建一个 Image Texture 节点，新建一张图片（如 2048×2048），保持该节点选中状态（橙色高亮边框）。这是关键一步，烘焙结果就输出到这个节点。
配置烘焙参数
Render Properties → Bake → Bake Type 选择Normal。关键参数：Extrusion（挤出距离/ Cage）— 设为 0.01~0.05m 防止漏烘；Max Ray Distance— 通常 0.1m 足够；Space 保持Tangent。
先选高模再选低模
在 Object Mode 下先选中高模，然后 Shift 加选低模（低模为最后选中 = Active）。顺序不能错。
执行烘焙
点击Bake按钮，等待完成。完成后在 UV Editor 中查看结果：蓝色为主色调，细节处有红绿变化，即表示成功。
导出
Image → Save As → 导出为 PNG。导入 Unity，Texture Type 设为Normal Map。
七、在 URP 中使用法线贴图
7.1 Unity URP Lit Shader
使用 URP 内置的 Lit Shader 是最简单的方式。将生成的法线贴图拖入材质的Normal Map槽位即可。URP Lit 内部已经完成了 TBN 矩阵构建、采样、解码和光照计算的全流程。
7.2 材质参数说明
| 参数 | 作用 | 建议值 |
|---|---|---|
| Normal Map | 法线贴图纹理 | 导入的 PNG/TGA |
| Normal Scale | 法线强度系数 (0~1) | 0.5~1.0，默认 1.0 |
| Base Map | 基础颜色（Albedo） | 对应的漫反射贴图 |
| Smoothness | 表面光滑度 | 0.3~0.7（多数非金属） |
| Metallic | 金属度 | 0（非金属）或 1（金属） |
7.3 手动编写 URP 法线贴图 Shader
如果需要自定义光照或特殊效果，可以手写 Shader。以下是一个完整的 URP 法线贴图片段着色器：
Shader "Custom/URP_NormalLit" { Properties { _BaseMap("Base Map", 2D) = "white" {} _BaseColor("Base Color", Color) = (1,1,1,1) _NormalMap("Normal Map", 2D) = "bump" {} _NormalScale("Normal Scale", Range(0,2)) = 1 _Smoothness("Smoothness", Range(0,1)) = 0.5 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" } Pass { Name "ForwardLit" Tags { "LightMode"="UniversalForward" } HLSLPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl" #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl" struct Attributes { float4 positionOS : POSITION; float3 normalOS : NORMAL; float4 tangentOS : TANGENT; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct Varyings { float4 positionCS : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; float3 positionWS : TEXCOORD1; float3 normalWS : TEXCOORD2; float4 tangentWS : TEXCOORD3; }; TEXTURE2D(_BaseMap); SAMPLER(sampler_BaseMap); TEXTURE2D(_NormalMap); SAMPLER(sampler_NormalMap); CBUFFER_START(UnityPerMaterial) float4 _BaseMap_ST; float4 _BaseColor; float4 _NormalMap_ST; float _NormalScale; float _Smoothness; CBUFFER_END Varyings vert(Attributes IN) { Varyings OUT; OUT.positionCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz); OUT.positionWS = TransformObjectToWorld(IN.positionOS.xyz); OUT.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(IN.normalOS); OUT.tangentWS = float4( TransformObjectToWorldDir(IN.tangentOS.xyz), IN.tangentOS.w); OUT.uv = IN.uv; return OUT; } float4 frag(Varyings IN) : SV_Target { // 采样基底色 float4 baseMap = SAMPLE_TEXTURE2D(_BaseMap, sampler_BaseMap, IN.uv); float3 albedo = baseMap.rgb * _BaseColor.rgb; // 采样并解码切线空间法线 float4 normalTex = SAMPLE_TEXTURE2D(_NormalMap, sampler_NormalMap, IN.uv); float3 tangentNormal = UnpackNormalScale(normalTex, _NormalScale); // 构建 TBN 矩阵，将法线从切线空间转换到世界空间 float3 N = normalize(IN.normalWS); float3 T = normalize(IN.tangentWS.xyz); float3 B = normalize(cross(N, T) * IN.tangentWS.w); float3x3 TBN = float3x3(T, B, N); float3 worldNormal = normalize(mul(tangentNormal, TBN)); // URP 主光照计算 Light mainLight = GetMainLight(); float NdotL = saturate(dot(worldNormal, mainLight.direction)); float3 diffuse = albedo * mainLight.color * NdotL; // 环境光 float3 ambient = SampleSH(worldNormal) * albedo; // 简易高光（Blinn-Phong） float3 viewDir = GetWorldSpaceViewDir(IN.positionWS); float3 halfDir = SafeNormalize(mainLight.direction + viewDir); float spec = pow(saturate(dot(worldNormal, halfDir)), 32.0); float3 specular = mainLight.color * spec * _Smoothness; return float4(diffuse + ambient + specular, 1.0); } ENDHLSL } } }代码关键步骤：
①UnpackNormalScale()— 解码法线贴图并乘以缩放系数
②TBN 矩阵— 由世界空间的 T、B、N 三向量构建，将切线空间法线转换到世界空间
③GetMainLight()— URP 内置函数，获取场景主方向光
八、常见问题与解决方案
问题 1：法线贴图导入后显示为灰色而非蓝色
原因：Unity 没有识别为法线贴图。
解决：Inspector 中将Texture Type设为Normal Map。
问题 2：凹凸方向反了（凸的变凹）
原因：法线贴图的 Y 通道方向与 Unity 不匹配。Unity 使用 OpenGL 标准（Y+ = 向上），如果你的贴图是 DirectX 标准（Y+ = 向下），需要反转。
解决：在法线贴图的 Inspector 中勾选Flip Y Channel，或在 Photoshop 生成时不勾选 Invert Y。
问题 3：法线贴图在某些面上看起来是黑的
原因：模型的某些面法线方向反了，或者 UV 镜像导致切线空间的 winding order 不一致。
解决：检查模型面法线方向（Blender:Shift+N重新计算）、确保 UV 无镜像重叠。
问题 4：使用 UnpackNormal 报错
原因：没有包含正确的头文件。
解决：确保 include 了Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl。
九、法线贴图的纹理导入设置
在 Unity 中正确导入法线贴图至关重要。以下是在 Inspector 中的推荐设置：
| 设置项 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| Texture Type | Normal Map | 必须设置，Unity 才会正确解码 |
| Texture Shape | 2D | 标准 2D 纹理 |
| sRGB (Color Texture) | ❌ 取消勾选 | 法线贴图是数据纹理，不是颜色纹理，必须线性空间 |
| Non-Power of 2 | ToNearest | 非 2 的幂尺寸自动缩放 |
| Compression | Normal Quality / High Quality | 选择 Normal 压缩以使用 DXT5nm |
| Max Size | 2048 或根据需求 | 多数情况 1024 或 2048 足够 |
| Generate Mip Maps | ✅ 勾选 | 生成多级渐远纹理，避免远处摩尔纹 |
关键：关闭 sRGB。法线贴图存储的是方向数据而非颜色数据。勾选 sRGB 会导致 Gamma 校正被应用到法线值上，使法线方向偏移，产生错误的光照结果。这是最常见的导入错误。
十、总结与最佳实践
- 选对工具：简单转换用 Photoshop 或 NormalMap-Online；专业资产用 Substance Painter 烘焙；预算有限用 Blender。
- 关闭 sRGB：法线贴图导入 Unity 后务必取消 sRGB 勾选。
- 使用 UnpackNormal：永远用
UnpackNormal()或UnpackNormalScale()解码，不要手动*2-1。 - 注意 Y 轴方向：Unity 使用 OpenGL 法线格式（Y+ 向上），确保生成工具的输出格式匹配。
- 法线贴图尺寸：通常 1024 或 2048 足够，过高分辨率对移动端性能影响显著。
- 配合其他贴图：法线贴图与粗糙度贴图（Roughness）、AO 贴图配合使用，能产生更真实的材质效果。
- 移动端优化：如果目标平台是移动端，考虑使用 ASTC 压缩格式，并在低端设备上将法线贴图降到 512。