立方体贴图
撰写于 2016-10-27 修改于 2018-01-29 分类 OpenGL
什么是立方体贴图？
立方体贴图（CubeMap），就是6张2D纹理，组成一个立方体，但这并不是一个简单的立方体盒子，它有自己特有的属性，其中最重要的一点就是可以使用方向向量对6个面的纹理进行采样和索引，不再使用纹理坐标，以下的示意图就很简单明了（教程中图片拿来用一下）:
如何创建一个立方体贴图?
绑定纹理
立方体贴图只是一种纹理类型而已，只需在生成绑定纹理时，告诉OpenGL我要绑定的是立方体贴图（GL_TEXTURE_CUBE_MAP）,简单的代码如下：1
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3GLuint skyBoxTextureID;
glGenTextures(1, &skyBoxTextureID);
glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, skyBoxTextureID);
纹理数据
以前的2D纹理（GL_TEXTURE_2D）只需加载一张纹理的数据，而立方体贴图有6个面，所以要加载六张纹理数据，当然必须要告诉OpenGL，当前加载的是哪个面的纹理数据，六个面对应六个枚举值，分别如下：1
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7/*立方体贴图纹理目标*/
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X //右
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X //左
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y //上
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y //下
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z //后
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z //前
此处要读取图片文件，所以我写了一个文件名和文件路径读取的类，该类会自动搜索传入的文件夹下面的带有front，back，left，right，up，bottom关键字的文件，并把该文件的文件名和文件路径存起来，方便使用 SOIL_load_image 函数加载文件，读取文件类的 头文件 和 源文件 。
由于立方体贴图纹理目标的枚举是连续的，所以可以使用 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i 的方式进行加载数据:1
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14/*获取文件加载类的实例*/
BrowseDir* browseDir = BrowseDir::getInstance("skybox");
map<string, string> filePath = browseDir->getAllFilePath();
vector<string> fileNames = browseDir->getAllFileNames();
/*加载纹理数据*/
unsigned char* image = nullptr;
int width, height, channels;
for (size_t i = 0 ; i < fileNames.size(); i ++ )
{
cout << filePath[fileNames[i]].c_str() << endl;
image = SOIL_load_image(filePath[fileNames[i]].c_str(), &width, &height, &channels, SOIL_LOAD_RGB);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image);
SOIL_free_image_data(image);
}
其他的纹理参数设置，跟以前2D纹理没有什么区别:1
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7/*大小过滤器*/
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
/*环绕方式*/
glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);
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);
同2D纹理一样，使用立方体贴图也需要传入到片段着色器，此处使用的采样器是 samplerCube，并且不需要使用纹理坐标，而是使用顶点的方向向量，具体的片段着色器源码可在这里获取。
渲染立方体贴图
立方体贴图最重要的一个应用就是绘制天空盒子，绘制天空盒子跟绘制普通的2D的纹理没有什么区别，加载纹理，设置顶点数据，编译着色器，绘制即可。运行结果如下：
好了，到此为止一个完美的天空盒子已经显示出来了，but还有一个问题，设想如果摄像机往前移动（任意方向），往前走一段距离后就走出了天空盒子，跑出了“天空”，是不是很尴尬，所以在摄像机移动的时候，应该去除掉位移，保留旋转，这样就永远走不出“天空”了，那么如何保留旋转，去除位移呢？只需要用view原来的矩阵（4X4矩阵）的3×3部分去除平移，代码如下：
1 | mat4 view = this->camera->GetLookAt(); |
现在就是一个完美的显示出一个天空盒子了，具体的源码可以在这里看到：头文件 和 源文件
优化
虽然说天空盒子已经显示出来了，但是有一个性能上的问题，由于我们是先渲染天空盒子，后渲染物体（为什么物体没有被挡着呢，是因为我们在绘制天空盒子是没有向深度缓冲区写入数据 glDepthMask(GL_FALSE)），就会造成即使物体挡到了天空盒子，挡住的那部分的天空盒子还是会被渲染，造成性能的浪费。那我们可以先绘制物体，后绘制天空盒子，但是会造成天空盒子遮挡到z值比他大的物体（个人理解）。所以我们可以这样处理，因为透视除法是在顶点着色器后面执行的，我们可以把想办法把z值搞成1.0（最大值），这样就会让OpenGL认为天空盒子的z值是最大的，永远被其他物体遮挡。如何让透视除法后z值最大呢，因为透视除法只是x/w,y/w,z/w,所以只需让 z=w 即可，我们可以在顶点着色器中这样做:1
2vec4 tempPosition = projection * view * vec4(position, 1.0f);
gl_Position = vec4(tempPosition.x, tempPosition.y, tempPosition.w, tempPosition.w);
这样性能就会有稍微的提升！
参考教程：https://learnopengl-cn.github.io/
学习交流：我的OpenGL工程