立方体有几个面（立方体贴图）

时间：2024-09-14 08:15:08

我们经常会听到立方体贴图、经纬图、全景图这样的概念，它们描绘的都是一种能从四周观察到周围环境的高动态范围（HDR）的图片，统称为环境贴图。

环境贴图是一种用于模拟高度反射物体表面反映周围环境的技术，常见的环境贴图主要有三种：立方体贴图（CubeMap）、经纬度全景图（LatLongMap）以及球面环境图（SphereMap）。它们之间本质上没有什么区别，只不过排版布局形式不一样而已，下面是环境贴图常见的集中布局形式。

unity中常用的环境贴图是立方体贴图（CubeMap），它采用的是十字形的布局形式，

用一个简单的比喻来解释立方体贴图的形成：物体的中心位置架设一台全景相机，在场景中表现为一个长方体，长方体的每个面都会拍摄它正前方的场景图像，这样就以相机为中心，就能获取到它上、下、前、后、左、右六个方向的图像，这六张图片会被存储为一个立方体贴图（CubeMap），提供给具有反射材质的物体使用。

设置

unity中新建立方体贴图有两种方法：第一种是将hdr格式的全景图片导入项目中，设置图片的Texture Shape 为cube，这种方式是最方便快捷的。

第二种使用一种最古老的方式：create/Legacy/Cubemap，这种方式需要准备六张同一位置不同方向角度（前后、上下、左右）的图片，指定后unity会为自动生成一张立方体贴图。

采样

环境贴图的采样过程也很好理解，一束光照射到物体表面时会产生反射，反射光线会与立方体的其中一个面产生一个交点，只需要对这个交点进行采样，就能得到顶点的颜色像素值。

立方体贴图有六个面，首先需要判断顶点的反射光线与哪个面相交，这个判断方法非常简单：顶点坐标哪个分量的绝对值最大，顶点反射光就与哪个面相交。

比如顶点坐标V(-0.5,0.3,-0.1)，分量绝对值最大是-5，因此这个顶点的反射光与-x指向的面相交。

知道了相交面，下一步就是求相交点，相交面标准化，它的其中一个面的分量值是确定的。比如，立方体贴图-x轴指向的面，它的x轴坐标是-1，那么只要让反射矢量的坐标乘以某个标量，让矢量的x分量也等于-1，矢量的yz分量就是交点的yz值。

举个例子反射矢量是(-0.5,0.3,-0.1)，乘以2后等于(-1,0.6,-0.2)，那么相交点的坐标就是(-1,0.6,-0.2)。

由于立方体贴图采样只关注方向而忽略了位置，因此它在平坦反射表面上的效果很不真实，相对的，它在曲面上可以取得较好的视觉效果。

代码

下面就来看看在代码中如何实现立方体贴图的采样。根据采样原理的理解，要获取到顶点的切线空间坐标、光源方向、法线方向和反射方向。具体代码如下：

half3 normal_dir = normalize(i.normal_world);
half3 normalData = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap,i.uv));
//切线方向
half3 tangent_dir = normalize(i.tangent_world);
// 双切线方向
half3 binormal_dir = normalize(i.binormal_world);
// 法线方向
normal_dir = normalize(tangent_dir * normalData.x + binormal_dir * normalData.y + normal_dir*normalData.z);
// 观察方向
half3 view_dir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.pos_world);
// 反射方向
half3 reflect_dir = reflect(-view_dir, normal_dir);

得到反射方向后，直接使用texCUBE方法，传入反射矢量，对贴图进行采样

// properties
_CubeMap("Cube Map", Cube) = "white"{}
//var
samplerCUBE _CubeMap;
float4 _CubeMap_HDR;
//frag
half4 colorCubeMap = texCUBE(_CubeMap,reflect_dir);
half3 env_color = DecodeHDR(colorCubeMap,_CubeMap_HDR);

通过以上两步，基本能实现对立方体贴图采样的功能。