URP 渲染实战 / 第 1 章 从像素说起：GPU 渲染管线与坐标空间 / 案例 1.2
案例 1.2法线可视化与非均匀缩放的坑入门
目标：把物体空间、世界空间、观察空间的法线分别画出来；再用“正确”和“错误”两种方式变换法线并计算漫反射，对比非均匀缩放下的差异。
原理：法线分量在 [−1, 1]，乘 0.5 加 0.5 映射到 [0, 1] 就能当颜色显示——这也是法线贴图的编码方式，所以“法线图”看起来偏蓝紫（朝向 +Z 的分量大）。错误做法用 TransformObjectToWorldDir（只乘 M 的 3×3），正确做法用 TransformObjectToWorldNormal（乘逆转置）。
Assets/Cookbook/Ch01/NormalViz.shader（节选：vert）
Varyings vert(Attributes input) { Varyings output; output.positionCS = TransformObjectToHClip(input.positionOS.xyz); output.normalOS = input.normalOS; // 正确：乘“模型矩阵的逆转置”。URP 的实现是 mul(normalOS, (float3x3)WorldToObject)， // 行向量左乘逆矩阵，等价于列向量左乘逆矩阵的转置（SpaceTransforms.hlsl） output.normalWS = TransformObjectToWorldNormal(input.normalOS); // 错误：把法线当成普通方向，直接乘模型矩阵。均匀缩放时没问题，非均匀缩放时法线不再垂直于表面 output.normalWSWrong = TransformObjectToWorldDir(input.normalOS); // 观察空间法线：方向只受旋转影响，用 3x3 的观察矩阵即可（相机矩阵不含缩放） output.normalVS = TransformWorldToViewDir(output.normalWS); return output; }
#ifdef VERTEX void main() { gl_Position = TransformObjectToHClip(positionOS.xyz); vNormalOS = normalOS; // 正确：乘“模型矩阵的逆转置”。URP 的实现是 mul(normalOS, (float3x3)WorldToObject)， // 行向量左乘逆矩阵，等价于列向量左乘逆矩阵的转置（SpaceTransforms.hlsl） vNormalWS = TransformObjectToWorldNormal(normalOS); // 错误：把法线当成普通方向，直接乘模型矩阵。均匀缩放时没问题，非均匀缩放时法线不再垂直于表面 vNormalWSWrong = TransformObjectToWorldDir(normalOS); // 观察空间法线：方向只受旋转影响，用 3x3 的观察矩阵即可（相机矩阵不含缩放） vNormalVS = TransformWorldToViewDir(vNormalWS); } #endif
Assets/Cookbook/Ch01/NormalViz.shader（节选：frag）
half4 frag(Varyings input) : SV_Target { // 插值后的法线长度会小于 1，必须重新归一化 float3 nOS = normalize(input.normalOS); float3 nWS = normalize(input.normalWS); float3 nWrong = normalize(input.normalWSWrong); float3 nVS = normalize(input.normalVS); int mode = (int)_Mode; half3 col; if (mode == 0) col = nOS * 0.5 + 0.5; // [-1,1] 映射到 [0,1] 才能当颜色看 else if (mode == 1) col = nWS * 0.5 + 0.5; else if (mode == 2) col = nVS * 0.5 + 0.5; else if (mode == 3) col = Lambert(nWS); else if (mode == 4) col = Lambert(nWrong); else col = abs(Lambert(nWS) - Lambert(nWrong)) * 4.0; return half4(col, 1); }
void main() { // 插值后的法线长度会小于 1，必须重新归一化 vec3 nOS = normalize(vNormalOS); vec3 nWS = normalize(vNormalWS); vec3 nWrong = normalize(vNormalWSWrong); vec3 nVS = normalize(vNormalVS); int mode = int(_Mode); vec3 col; if (mode == 0) col = nOS * 0.5 + 0.5; // [-1,1] 映射到 [0,1] 才能当颜色看 else if (mode == 1) col = nWS * 0.5 + 0.5; else if (mode == 2) col = nVS * 0.5 + 0.5; else if (mode == 3) col = Lambert(nWS); else if (mode == 4) col = Lambert(nWrong); else col = abs(Lambert(nWS) - Lambert(nWrong)) * 4.0; fragColor = vec4(col, 1); }
看立方体：它被旋转过，物体空间里它的正面法线是 (0,0,−1)，世界空间里却朝向别处，所以左、中两图同一个面颜色不同。地面没有旋转，物体空间和世界空间法线都是 (0,1,0)，所以都是同一种绿色；到了观察空间，“向上”在相机看来是略微朝向观察者的，颜色就带上了蓝色——观察空间里 +Z 指向观察者（1.12 节）。
左、中两图乍看都“像那么回事”，但明暗交界线的位置不同：错误的法线被拉向了缩放倍数大的方向，压扁的球顶部本应接近正对上方，却被算成了偏向侧面。右图把差异放大 4 倍，白色区域就是光照算错的地方，面积相当可观。实际项目里，这类错误通常表现为“某个被拉伸过的模型光照怪怪的”，很难第一时间想到是法线变换的问题——用 URP 的 TransformObjectToWorldNormal 或 GetVertexNormalInputs，就不会踩这个坑。
本案例出自《URP 渲染实战》第 1 章「从像素说起：GPU 渲染管线与坐标空间」。在章节中阅读上下文 →