Unity Shader 法线贴图的七种错误用法

在 Unity URP 管线中，法线贴图是最常被误用的技术之一。
本文系统梳理从导入设置到 Shader 代码的全链路高频错误。

01贴图导入时未勾选 Normal Map 类型

这是最基础也最容易被忽视的错误。Unity 需要知道贴图是法线贴图，才能在导入时执行正确的解压和色彩空间处理。如果Texture Type仍设置为默认的Default，Unity 会将其当作普通的 sRGB 颜色贴图处理，导致法线信息完全错误。

Inspector 中的正确 vs 错误设置对比

症状

物体表面完全看不到法线凹凸效果，或光照方向异常（比如背光面反而很亮）。Unity Inspector 也会显示黄色警告："Texture type is not set to Normal map"。

修复

在 Inspector →Texture Type → Normal Map，点 Apply。移动端建议同时开启Crunch Compression配合 ETC2 格式降低内存。

02在 sRGB 色彩空间中采样法线

法线贴图存储的是方向向量（线性数据），不是颜色。如果项目开启了Linear Color Space（URP 标准要求），而采样时走了 sRGB 的 Gamma 矫正路径，向量值就会被幂函数扭曲，导致法线方向偏移。

sRGB 矫正对法线向量的扭曲示意

在 URP Shader 中，属性块要声明为[NoScaleOffset]，采样器类型应使用TEXTURE2D而非带 Gamma 自动矫正的普通sampler2D。更关键的是UnpackNormal 本身假设贴图已经是线性数据，如果上游走了 sRGB 解码，结果就错了。

注意

导入设置中将 Texture Type 设为 Normal Map 后，Unity 会自动禁用 sRGB 标志位。但如果在代码里用了sampler2D并搭配旧版宏，依然可能在 Built-in 遗留路径中触发 gamma 矫正。

03忘记将法线从切线空间转换到世界空间

法线贴图默认存储在切线空间（Tangent Space）中。蓝色偏紫的贴图外观正是因为法线大体朝向 Z 轴（0.5, 0.5, 1.0）。如果直接把从贴图中解出的向量当作世界空间法线使用，光照计算就会完全错乱——物体旋转后法线不跟着走。

三种法线空间的关系

URP 快捷方式

使用GetWorldSpaceNormalizeViewDir和TransformTangentToWorld（来自SpaceTransforms.hlsl），URP 已内置完整的空间转换函数族，不必手动构建矩阵。

04未对法线向量归一化

从顶点着色器插值到片段着色器的法线，以及经过矩阵变换后的法线，插值和矩阵乘法都会破坏向量的单位长度。如果不重新归一化，光照公式中的 dot product 计算就会产生错误的亮度值——尤其在低精度 half 类型下非常明显。

插值导致法线长度偏离单位球示意

05BC5 / DXT5nm 压缩格式重建 Z 分量错误

移动端常用ETC2，PC/主机常用BC5（ATI2N）来压缩法线贴图。这两种格式只存储 XY 两个通道，Z 分量需要在 Shader 中用勾股定理重建：

float z = sqrt(1.0 - saturate(dot(xy, xy)));

常见错误是使用了错误的通道映射，或忘记saturate导致负数开方产生 NaN。

DXT5nm 特殊情况

DXT5nm（旧版 Unity Built-in 默认格式）将 X 存在 Alpha 通道，Y 存在 Green 通道。UnpackNormalmapRGorAG宏会自动处理，但手写 Shader 时必须注意区分.ag而非.rg。URP 新项目建议直接使用 BC5 并调用UnpackNormal，不要手动拆通道。

06缩放法线强度后未重新归一化

材质里的Normal Map Scale（法线强度）在 Shader 中通常是乘以 XY 分量来实现：强度越大，表面越"凹凸"。但只缩放 XY 而 Z 不变，向量就不再是单位长度，必须重新归一化。

Unity URP 内置的UnpackNormalScale(sample, scale)函数已经正确处理了这个问题，推荐直接使用：

// URP 推荐方式：一步到位 float3 normalTS = UnpackNormalScale(normalSample, _NormalScale);

07在 URP 中混用 Built-in 的 UnpackNormal 宏

这是 Built-in 管线迁移到 URP 时最高发的错误之一。Built-in 的UnpackNormal在UnityCG.cginc中，而 URP 的版本在Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl中，两者对通道顺序和缩放处理并不完全一致。

混用的典型症状

编译通过但运行时法线方向反向、凸起变凹陷，或在不同平台（PC vs Android）表现不一致。这往往在迁移旧项目时悄悄发生，因为两套 API 的函数名完全相同。

快速检查方法

在 Shader 里全局搜索UnityCG.cginc、Lighting.cginc、sampler2D、tex2D，凡是出现这些关键词的 URP Shader 都需要逐一审查替换。

总结错误速查表