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视差贴图是什么？
视差贴图是法线贴图的增强版和延伸。它们协同工作，但解决的是不同层次的问题
- 法线贴图：解决了表面细节的光照问题。它通过改变每个片元的法线向量来模拟凹凸不平的光照效果，但物体的轮廓、边缘和自身的遮挡关系依然是平坦的
- 视差贴图：解决了表面细节的几何深度和遮挡问题。它通过偏移纹理坐标，模拟了人眼观察时因为视角不同而产生的纹理位移（视差效应），从而创造出更强的深度幻觉，甚至能模拟自我遮挡
你可以把它们理解为一种进阶关系：
平面纹理 -> 法线贴图 -> 视差贴图 -> 陡峭视差贴图 -> 视差遮蔽贴图
1. 法线贴图 (Normal Mapping)
目的：
- 在不增加模型顶点数量的前提下，通过改变光照计算时使用的法线方向，来模拟物体表面的微观凹凸细节
- 它只影响光照，让平坦的表面看起来有明暗变化，像是凹凸不平的
工作原理：
- 纹理存储：法线贴图是一张 RGB 图像。其颜色值 (
r,g,b) 对应着一个法向量的(x,y,z)分量。这些法向量定义在切线空间（Tangent Space） 中 - 切线空间：这是一个相对于物体表面每个点的局部空间
○ N 轴：与物体表面法线方向对齐（垂直于表面）
○ T 轴：与物体表面的切线方向对齐（通常沿纹理的 U 方向）
○ B 轴（或叫 Bitangent）：与切线（T）和法线（N）垂直（通常沿纹理的 V 方向）。B = cross(N, T) - 光照计算：在片段着色器中，我们将光线方向和视线方向从世界空间转换到切线空间。然后，从法线贴图中采样得到切线空间下的法线向量，直接用于计算漫反射和高光光照。因为这个采样的法线方向各不相同，所以即使平面是平的，也能计算出凹凸的光照效果
局限性：
模型本身的形状没有改变。从侧面看，模型的轮廓依然是平滑的，而且凹凸之间不会有任何遮挡关系
2. 视差贴图 (Parallax Mapping)
目的：
- 在法线贴图的基础上，进一步模拟出深度感和遮挡关系。它通过制造视觉上的位移（视差）来欺骗眼睛，让观察者认为表面真的有高低起伏
工作原理（基本思想）：
- 高度图（Height Map）：视差贴图需要另一张纹理，称为高度图（通常是灰度图）。白色（值~1.0）代表该点“高”，黑色（值~0.0）代表该点“低”
- 纹理坐标偏移：核心思想是，根据表面高度和观察视角来偏移纹理坐标
○ 视角越陡峭，看到的纹理位移应该越小
○ 视角越平缓，看到的纹理位移应该越大
○ 点的高度越高，它应该“凸出来”更多，其纹理坐标的偏移也越大 - 算法步骤（在片段着色器中）：
① 计算从表面点到观察者在切线空间中的方向向量V对
②V进行归一化，并将其x和y分量（代表切线和副切线方向）除以它的z分量（代表法线方向）。这一步实质上是在根据视角的平缓程度来缩放偏移量
③ 从高度图中采样当前片段的高度值H将缩放后的视角向量
④V.xy与高度H和一个控制整体深度的缩放因子scale相乘：Offset = V.xy * (H * scale)用这个计算出的
⑤Offset去偏移原始的纹理坐标，然后用偏移后的新坐标去采样漫反射纹理和法线贴图// GLSL 片段着色器代码示例（简化概念） vec2 ParallaxMapping(vec2 texCoords, vec3 viewDirTangentspace) {float height = texture(heightMap, texCoords).r; // 采样高度vec2 p = viewDirTangentspace.xy / (viewDirTangentspace.z + 0.0001); // 视角缩放因子return texCoords - p * (height * parallaxScale); // 返回偏移后的坐标 }void main() {// 将观察方向转换到切线空间vec3 viewDirTangentspace = ...;// 计算视差偏移后的纹理坐标vec2 offsetTexCoords = ParallaxMapping(TexCoords, viewDirTangentspace);// 使用偏移后的坐标进行采样vec3 normal = texture(normalMap, offsetTexCoords).rgb;vec4 color = texture(diffuseMap, offsetTexCoords);// ... 后续光照计算 }
与法线贴图的关系：
- 依赖关系：视差贴图几乎总是和法线贴图一起使用。你首先使用视差贴图技术计算出更正确的、能反映深度的纹理坐标，然后用这个新坐标去采样法线贴图和漫反射贴图
- 效果叠加：法线贴图提供了细节的光照，而视差贴图提供了细节的几何位移和遮挡。两者结合，效果远超单独使用法线贴图
进阶形式：
- 陡峭视差贴图 (Steep Parallax Mapping)：基本视差贴图在高度变化剧烈时容易失真。陡峭视差贴图将深度分层，进行步进式射线追踪，效果更好，是更常用的实践
- 视差遮蔽贴图 (Parallax Occlusion Mapping)：在陡峭视差贴图的基础上，在最后一步进行线性插值，使得层次之间的过渡更加平滑，效果极其逼真，是当前的高标准
总结对比
| 特性 | 法线贴图 (Normal Mapping) | 视差贴图 (Parallax Mapping) |
|---|---|---|
| 核心目标 | 模拟凹凸的光照细节 | 模拟凹凸的几何深度和遮挡 |
| 所需纹理 | 法线贴图 (Normal Map) | 高度图 (Height Map) + 法线贴图 |
| 技术核心 | 在切线空间中使用采样的法线进行光照计算 | 根据高度和视角偏移纹理坐标 |
| 性能开销 | 小 | 中到大（取决于算法复杂度） |
| 效果 | 表面光照有凹凸感，但轮廓平坦，无遮挡 | 具有强烈的深度感和简单的遮挡，轮廓依然平坦 |
| 关系 | 基础 | 增强和延伸，建立在法线贴图工作流之上 |
在 OpenGL 中实现的要点
- 切线空间计算：两者都极度依赖切线空间。你需要在 CPU 端为你的模型计算每个顶点的切线（Tangent） 和副切线（Bitangent） 向量，并将它们作为属性传递给着色器。然后用
T, B, N矩阵构建从模型空间到切线空间的变换矩阵 - 统一的工作流：通常的流程是：
○ 在片段着色器中，先使用高度图和视角向量计算视差偏移后的纹理坐标
○ 使用这个偏移后的坐标去采样法线贴图，得到切线空间下的法线
○ 使用偏移后的坐标去采样漫反射/高光等颜色纹理
○ 在切线空间中进行光照计算 - 参数调节：视差效果有一个
height_scale参数，需要根据你的纹理和模型进行微调。值太大会产生失真，太小则效果不明显
总而言之，法线贴图和视差贴图是相辅相成的技术。法线贴图提供了“形”，而视差贴图提供了“影”，两者结合才能创造出以假乱真的复杂表面细节