立方体贴图 Cubemap

什么是立方体贴图

立方体贴图（Cubemap）是一种特殊的纹理，由六个独立的2D纹理组成，分别对应于立方体的六个面：正X、负X、正Y、负Y、正Z、负Z。这六个面共同表示从立方体中心点向周围空间观察到的全景图像。

在着色器中，通过一个三维方向向量来采样立方体贴图，GPU会根据方向向量选择适当的纹理面并进行插值。

立方体贴图的用途

• **天空盒（Skybox）**：渲染场景背景，模拟远处环境。
• **环境映射（Environment Mapping）**：用于反射和折射效果，模拟物体表面对周围环境的反射。
• **基于图像的光照（IBL）**：存储预计算的环境光照信息，用于PBR材质。
• **动态反射**：可以实时渲染场景到立方体贴图，实现动态反射。
• **光照探针**：在特定位置捕获环境光照，用于对动态物体进行间接光照。

创建立方体贴图

立方体贴图可以通过以下方式创建：

• **静态图像**：使用6张正方形纹理，分别对应六个面，导入引擎并设置为Cubemap。
• **全景图转换**：将等距柱状投影（Equirectangular）的全景图转换为立方体贴图。
• **实时渲染**：在场景中放置摄像机，渲染六个方向到渲染目标，生成动态Cubemap。
• **生成HDR环境贴图**：使用工具（如Substance、Blender）烘焙。

立方体贴图的采样

在着色器中，使用`samplerCUBE`（或`TextureCube`）进行采样。采样时需要一个三维方向向量，该向量从立方体中心指向采样方向。GPU会找到与该方向相交的立方体面，并返回对应纹理坐标处的颜色。

立方体贴图与Mipmap

立方体贴图支持Mipmap链，每个mip级别是原分辨率的缩小版。在反射和IBL中，常使用粗糙度来选择mip级别，模拟不同粗糙度表面的模糊反射。

立方体贴图的注意事项

• **接缝**：如果六个面边缘不一致，可能出现可见接缝。确保纹理边缘无缝对接。
• **方向约定**：不同引擎可能对立方体贴图的面布局和方向有不同约定（如Y轴翻转），导入时需注意。
• **内存占用**：立方体贴图包含六个面，内存是普通2D纹理的6倍，注意优化。
• **性能**：动态生成立方体贴图需要渲染场景六次，开销较大，应谨慎使用。

总结

立方体贴图是实现环境效果的基础，广泛应用于现代渲染管线。