OpenGL 4.0 GLSL 用立方体贴图和 环境贴图 模拟反射效果

我们可以用纹理代表物体周围的环境，然后把纹理贴到物体上，实现映射周围的场景目的，这项技术也被乘坐环境贴图（EnvironmentMapping）。环境贴图通常来模拟反射或者折射效果。

最常见的环境贴图（Environment Mapping）是立方体cube map。

立方体贴图（cube map texture）通常由六个分开的图像组成，在设置环绕方式时采用GL_CLAMP_TO_EDGE，这样可以避免在cubeedge中避免边框颜色。

 

一个反射效果如下图：

vertex  shader

#version 430layout (location = 0) in vec3 VertexPosition;layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;layout (location = 2) in vec2 VertexTexCoord;out vec3 ReflectDir;uniform bool DrawSkyBox;uniform vec3 WorldCameraPosition;uniform mat4 ModelViewMatrix;uniform mat4 ModelMatrix;uniform mat3 NormalMatrix;uniform mat4 ProjectionMatrix;uniform mat4 MVP;void main(){    if( DrawSkyBox ) {        ReflectDir = VertexPosition;    } else {        vec3 worldPos = vec3( ModelMatrix * vec4(VertexPosition,1.0) );        vec3 worldNorm = vec3(ModelMatrix * vec4(VertexNormal, 0.0));        vec3 worldView = normalize( WorldCameraPosition - worldPos );        ReflectDir = reflect(-worldView, worldNorm );    }    gl_Position = MVP * vec4(VertexPosition,1.0);}

片元shader

#version 430in vec3 ReflectDir;layout(binding=0) uniform samplerCube CubeMapTex;uniform bool DrawSkyBox;uniform float ReflectFactor;uniform vec4 MaterialColor;layout( location = 0 ) out vec4 FragColor;void main() {    // Access the cube map texture    vec4 cubeMapColor = texture(CubeMapTex, ReflectDir);    if( DrawSkyBox )        FragColor = cubeMapColor;    else        FragColor = mix( MaterialColor, cubeMapColor, ReflectFactor);}

在顶点shader中，主要计算反射方向（ReflectDir），然后在片元shader中通过ReflectDir来获取cubemap。

在片元shader中如果不绘制天空盒（DrawSkyBox是false），则我们可以在世界坐标系中计算viewer的反射方向。即通过  reflect(-worldView, worldNorm ) 来计算ReflectDir。

之所以在世界坐标系中计算是因为：如果在相机坐标系的话，当相机移动了反射方向也不会改变。

 

在vertexshader中，我们转化position到世界坐标系中存储到worldPos，我们用同样方法转换法线normal。注意：用  ModelMatrix转化normal时其第四个分量一定是0（避免ModelMatrix转换分量的影响），还有，模型矩阵一定不能包含任何非均匀缩放元素（anynon-uniform scaling component）。否则，法线的转换不正确。见：http://blog.csdn.net/zhuyingqingfen/article/details/19335427

在fragmentshader将会用ReflectDir访问立方体贴图。可以想象成这样：一束光线从viewer开始，射到物体表面然后反射，最终射到cubemap上（最终的片元颜色就是射到cubemap上那点的颜色 值）；

 

如果我们渲染skybox（DrawSkyBoxis true），那么我们用顶点位置作为反射方向。为什么？，因为当天空盒被渲染的时候，我们想要天空盒上的位置（对应于cubemap上的位置，天空盒确实是cubemap 渲染出来的）。在片元shader中，ReflectDir将会用作访问cubemap 的纹理坐标。因此，如果我们想访问cubemap上的位置（对应于中心在原点的一个cube的位置），我们需要这个指向这个位置的向量，我们需要的这个向量就是这个点减去原点位置（0，0，0），因而我们只需要这个点的位置。

 

天空盒经常被渲染成viewer在天空盒的中心位置，天空盒会随着viewer移动（所以，viewer总会在天空盒的中心位置）

 

 

在这篇教程中有两点需要注意：

1.      渲染的物体（如茶壶）只会反射环境贴图的场景，而不会反射任何场景中其他的物体。如果想反射其他物体，我们需要产生一个环境贴图（通过把相机放到物体的位置上，然后让相机朝向各个坐标抽方向（正负），渲染六次），然后用这个环境贴图反射到物体上。当然如果场景中的任何一个物体发生移动，我们需要重新生成环境贴图。（这在实时交互程序中一般不可取）。

2.      在上面的shader中，我们计算的反射方向是取的cube map上的点作为反射方向（DrawSkyBox为true即认为物体（上面的茶壶）在原点，cube map 上的一点减去原点即为反射方向，但实际上是相机在原点而不是茶壶），这就意味着我们忽略了物体的位置，认为环境贴图在无穷远处。