Learn OpenGL 笔记5.6 Cubemaps（立方体贴图）

立方体贴图。就是多个texture纹理，对应到一个立方体之上。

要把多个贴图合并成一个，再赋值给cube，因为立方体贴图有一个有用的特性，它们可以使用方向向量进行索引/采样

只要提供了方向，OpenGL 就会检索该方向（最终）命中的相应纹素并返回正确采样的纹理值。

基础知识：

1.Creating a cubemap （创建一个立方体Map）

int width, height, nrChannels;
unsigned char *data;  
for(unsigned int i = 0; i < textures_faces.size(); i++)
{
    data = stbi_load(textures_faces[i].c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
    glTexImage2D(
        //这个参数代表要渲染的面的方向，这些方向的enum参数是逐个增加的
        GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, 
        0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data
    );
}

wrapping and filtering 包裹和采样

glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE); 

GL_TEXTURE_WRAP_R 中的 R代表三维，一维：S 二维：T 三维：R

使用方法：

//一个方向向量，代表投射在方块表面的那个texture的点
in vec3 textureDir; // direction vector representing a 3D texture coordinate
uniform samplerCube cubemap; // cubemap texture sampler

void main()
{             
    FragColor = texture(cubemap, textureDir);
} 

2.Skybox（天空盒）

天空盒是一个（大）立方体，它包含整个场景并包含周围环境的 6 个图像，让玩家产生一种错觉，即他所处的环境实际上比实际大得多。

如果你将这 6 个边折叠成一个立方体，你会得到一个完全有纹理的立方体，它模拟了一个大景观。

去除天空盒的平移，只留下旋转:(原理是transform平移变换的参数是在变换矩阵的第四列里面，把变化矩阵缩减成3x3,然后再扩充，多余部分补0，就去掉了平移变换了)

glm::mat4 view = glm::mat4(glm::mat3(camera.GetViewMatrix()));  

具体可以看之前的笔记2.7。

3.Skybox optimization（天空盒的一些配置）

3.1 需要进行早期深度测试，防止天空盒无效渲染给fragment造成压力

3.2 天空盒只是一个 1x1x1 的立方体，很可能会在所有其他对象之上渲染，通过大多数深度测试。需要手动把天空盒的深度设置为最大深度1.0。

设置方法：

void main()
{
    TexCoords = aPos;
    vec4 pos = projection * view * vec4(aPos, 1.0);
    //核心是这一句，把z设置成w，这样透视划分的时候，深度值depth=z/w变成了1.0
    gl_Position = pos.xyww;
}  

3.3 我们必须通过将深度函数设置为 GL_LEQUAL 而不是默认的 GL_LESS 来更改深度函数。

(防止有物品深度和天空盒相等？此时也让物品覆盖天空盒？)

4.Environment mapping（环境贴图）

使用带有环境的立方体贴图，我们可以赋予物体反射或折射特性。 使用像这样的环境立方体贴图的技术称为Environment mapping环境贴图技术，两种最流行的技术是reflection and refraction反射和折射。

4.1 Reflection （反射）

反射是物体（或物体的一部分）反射其周围环境的属性。

计算出一个reflection vector反射向量，然后用这个向量对cubemap进行采样。

R：反射向cubemap的向量

N：法线向量

I：观察者向量

FS解析：

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;
in vec3 Position;

uniform vec3 cameraPos;
uniform samplerCube skybox;

void main()
{             
    //计算视角向量
    vec3 I = normalize(Position - cameraPos);
    //用内置函数reflect计算出反射向量
    vec3 R = reflect(I, normalize(Normal));
    //利用反射向量对cubemap进行采样
    FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0);
}

实际上大多数模型并不是完全反射的。 例如，我们可以引入reflection maps 反射贴图，为模型提供另一个额外的细节层次。

5.Refraction（折射）

折射是由于光流过的材料发生变化而引起的光方向的变化。 折射是我们通常在类似水的表面上看到的，其中光线不会直接进入，而是稍微弯曲。

refractive indices 折射率：

FS解析：

void main()
{             
    float ratio = 1.00 / 1.52;
    vec3 I = normalize(Position - cameraPos);
    //使用内置的折射函数，根据入射向量，以及折射率，算出折射的向量
    vec3 R = refract(I, normalize(Normal), ratio);
    //根据折射向量算出天空盒的对应fragment
    FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0);
}