CSharpGL(43)環(huán)境映射(Environment Mapping)-天空盒(Skybox)反射(Reflection)和折射(Refraction)

開始

如圖所示，本文圍繞GLSL里的samplerCube記錄天空盒(Skybox)、反射(reflection)、折射(refraction)的實現(xiàn)。

下載

CSharpGL已在GitHub開源，歡迎對OpenGL有興趣的同學加入（https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL）

天空盒(Skybox)

samplerCube

想在三維場景里渲染出天空和大地，可以利用一個巨大的立方體，把6個連接的圖片分別貼在立方體的6個面上。

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這樣的立方體就是所謂的天空盒(Skybox)。

OpenGL提供了一個GL_TEXTURE_CUBE_MAP類型的紋理，其本身就是一個立方體，自帶6個紋理面。它對應的GLSL里的類型就是samplerCube。SamplerCube正適合做天空盒。

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SkyboxNode

渲染天空盒，實際上就是渲染一個巨大的立方體，并且用samplerCube為其上色。

其vertex shader如下：

1 #version 330 core 2 3 layout(location = 0) in vec3 inPosition;// 頂點位置 4 5 uniform mat4 mvpMatrix; 6 7 out vec3 texCoord;// 立方體紋理在此頂點處的坐標值 8 9 void main() 10 { 11 vec4 position = mvpMatrix * vec4(inPosition, 1.0); 12 gl_Position = position.xyww;// 保證天空盒的深度始終為最深 13 texCoord = inPosition;// 立方體紋理的特殊情況 14 }

注意，這里的gl_Position = position.xyww;，是為了保證天空盒的深度始終為最深。這樣就不會遮擋住場景里的其他物體。再注意，texCoord = inPosition;這句，就要求我們的天空盒模型必須是中心在坐標原點的立方體，這樣才能保證inPosition在數(shù)值上等于此頂點的紋理坐標值。

其fragment shader如下：

1 #version 330 core 2 3 uniform samplerCube skybox; 4 5 in vec3 texCoord; 6 7 out vec4 color; 8 9 void main() 10 { 11 color = texture(skybox, texCoord); 12 }

極其簡單，就是從skybox紋理中取出對應位置的顏色，寫入Framebuffer。

如果把鏡頭拉遠，你會看到所謂的天空盒是這樣的：一個剔除了正面的立方體?

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反射(Reflection)

利用samplerCube，可以實現(xiàn)一個反射效果——根據(jù)反射原理，把天空盒的紋理貼到模型上，看上去的感覺是，模型像鏡子一樣反射了周圍的東西。此即為環(huán)境映射的一種。

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GLSL自帶了反射函數(shù)reflect(,);

實現(xiàn)反射的vertex shader如下：

1 #version 330 core 2 3 layout (location = 0) in vec3 inPosition; 4 layout (location = 1) in vec3 inNormal; 5 6 uniform mat4 projection; 7 uniform mat4 view; 8 uniform mat4 model; 9 10 out vec3 passNormal; 11 out vec3 passPosition; 12 13 void main() 14 { 15 gl_Position = projection * view * model * vec4(inPosition, 1.0); 16 17 passNormal = mat3(transpose(inverse(model))) * inNormal; 18 passPosition = vec3(model * vec4(inPosition, 1.0)); 19 }

此vertex shader做了3件事：1.給gl_Position賦值。2.傳遞world space里的法線passNormal。3.傳遞world space里的位置passPosition。

下面根據(jù)反射原理為模型上色（fragment shader）：

1 #version 330 core 2 3 uniform vec3 cameraPos; 4 uniform samplerCube skybox; 5 6 in vec3 passNormal; 7 in vec3 passPosition; 8 9 out vec4 FragColor; 10 11 void main() 12 { 13 vec3 I = normalize(passPosition - cameraPos); 14 vec3 R = reflect(I, normalize(passNormal)); 15 FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0); 16 }

這里利用reflect函數(shù)找到反射方向（即紋理坐標），從而找到目標顏色。

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折射(Refraction)

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折射與反射類似，也是一種環(huán)境映射方式。其vertex shader與反射相同，fragment shader也只有一點點不同：利用GLSL內(nèi)置的refract()函數(shù)找到折射方向。

1 #version 330 core 2 3 uniform vec3 cameraPos; 4 uniform samplerCube skybox; 5 6 in vec3 passNormal; 7 in vec3 passPosition; 8 9 out vec4 FragColor; 10 11 void main() 12 { 13 float ratio = 1.00 / 1.52; 14 vec3 I = normalize(passPosition - cameraPos); 15 vec3 R = refract(I, normalize(passNormal), ratio); 16 FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1); 17 }

注意，這里有個ratio是指兩種透明物體的折射率。1.52是玻璃對空氣的折射率。再注意，這里我們只計算了一個面的折射，然而本文的模型有光線的進入和穿出兩次折射。不過一般這樣也沒關系，最終效果還是不錯的。

總結(jié)

沒什么可總結(jié)的。

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/bitzhuwei/p/CSharpGL-43-environment-mapping-skybox-reflection-refraction.html

總結(jié)

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