Unity Shader中ddx ddy求法线方法前言在Unity Shader中，可以通过ddx和ddy函数间接求出

前言

在Unity Shader中，可以通过ddx和ddy函数间接求出经过顶点变换后的法线，但这是一种特定场景下的替代方案，并非标准做法。以下是详细解释：

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核心原理

ddx 和 ddy 的作用
这两个函数在片段着色器中计算屏幕空间中的偏导数（梯度）：

ddx(var)：当前像素与右侧像素的差值。
ddy(var)：当前像素与下方像素的差值。
它们基于屏幕像素网格，适用于任何插值后的变量（如位置、UV等）。
法线重建的原理
若在片段着色器中已有视图空间（View Space）或世界空间（World Space）的位置，可通过以下步骤重建法线：

// 假设 i.posWS 是世界空间位置
float3 dpdx = ddx(i.posWS); // 屏幕X方向的位置梯度
float3 dpdy = ddy(i.posWS); // 屏幕Y方向的位置梯度
float3 faceNormal = normalize(cross(dpdy, dpdx)); // 叉积得到几何法线

关键细节

得到的是面法线（几何法线）

此法线基于三角形面的实际朝向，未经过顶点法线的平滑插值。
效果较“硬”，适合需要棱角感的表面（如岩石、低模风格）。
坐标系需一致
位置变量必须位于同一空间（如统一为世界空间或视图空间）。
叉积顺序 cross(dpdy, dpdx) 需匹配渲染管线的坐标系（右手/左手）。
性能考量
ddx/ddy 是硬件加速操作，效率较高。
但需在片段着色器中额外计算，若原始法线已通过插值获得，直接使用插值法线更高效。

与标准方法的对比

方法	优点	缺点
ddx/ddy重建法线	无需传递法线属性，节省顶点数据	仅得面法线，无平滑插值效果
插值顶点法线	支持平滑着色	需传递法线并插值，占用带宽

示例代码（Unity ShaderLab）

Shader "Custom/DDXNormal" {
    SubShader {
        Pass {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            struct v2f {
                float4 pos : SV_POSITION;
                float3 posWS : TEXCOORD0; // 世界空间位置
            };

            v2f vert (appdata_base v) {
                v2f o;
                o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.posWS = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
                // 用ddx/ddy重建法线
                float3 dpdx = ddx(i.posWS);
                float3 dpdy = ddy(i.posWS);
                float3 normal = normalize(cross(dpdy, dpdx));

                // 可视化法线（转换到[0,1]范围）
                return fixed4(normal * 0.5 + 0.5, 1);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

适用场景

无预算法线时

如深度纹理后处理、屏幕空间效果（SSR, SSAO）。
需要几何真实法线时
如CAD可视化、硬表面渲染。
节省顶点数据
避免向片段着色器传递法线属性。

注意事项

背面问题：重建的法线方向可能与需求相反，可用 face = sign(dot(faceNormal, viewDir)) 校正。
非线性变换：若模型有非均匀缩放，需在视图/世界空间计算，避免物体空间畸变。
边缘不连续：在UV或位置不连续处（如硬边），ddx/ddy 可能产生 artifacts。

结论

可以通过 ddx/ddy 求出变换后的法线，但结果本质是屏幕空间重建的几何面法线。若需要平滑插值的顶点法线，仍应通过顶点着色器传递并插值。根据需求权衡选择方案。