成都科技網(wǎng)站建設(shè)費(fèi)用,網(wǎng)站域名是什么,wordpress 便簽,58同城網(wǎng)站建設(shè)推廣介紹與發(fā)展歷史Cubemap(立方體貼圖)是一種由六個獨(dú)立的正方形紋理組成的集合#xff0c;它將多個紋理組合起來映射到一個單一紋理。Cubemap包含6個2D紋理#xff0c;每個2D紋理代表立方體的一個面#xff0c;形成一個有貼圖的立方體。Cubemap技術(shù)起源于早期的3D圖形學(xué)#…介紹與發(fā)展歷史Cubemap(立方體貼圖)是一種由六個獨(dú)立的正方形紋理組成的集合它將多個紋理組合起來映射到一個單一紋理。Cubemap包含6個2D紋理每個2D紋理代表立方體的一個面形成一個有貼圖的立方體。Cubemap技術(shù)起源于早期的3D圖形學(xué)最初用于實(shí)現(xiàn)天空盒效果。隨著硬件性能的提升和圖形API的發(fā)展Cubemap逐漸被廣泛應(yīng)用于環(huán)境映射、反射和折射等高級渲染效果中。應(yīng)用領(lǐng)域Cubemap在Unity中主要有以下應(yīng)用場景?環(huán)境反射?用于模擬金屬、玻璃等具有反射屬性物體的反射效果?天空盒?創(chuàng)建環(huán)境背景提供場景的全局光照信息?折射效果?模擬透明材質(zhì)的折射現(xiàn)象?全局光照?作為間接光照的來源之一采樣反射信息原理基本原理Cubemap采樣的核心原理是使用方向向量進(jìn)行索引和采樣。想象一個1×1×1的單位立方體中心位于原點(diǎn)。當(dāng)從原點(diǎn)發(fā)出一個方向向量時該向量會與立方體的某個面相交交點(diǎn)處的紋理就是采樣結(jié)果。反射計算原理反射效果的計算過程如下計算相機(jī)指向物體表面點(diǎn)的向量(視線向量)根據(jù)表面法線計算反射向量使用反射向量在Cubemap中進(jìn)行采樣(URP中使用宏SAMPLE_TEXTURECUBE實(shí)現(xiàn)采樣這個宏實(shí)際調(diào)用PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE宏來處理不同圖形API的采樣方法,下面有詳細(xì)講原理講解。)將采樣顏色與物體本身的顏色混合數(shù)學(xué)上反射向量R可以通過以下公式計算R I - 2 * dot(N, I) * N其中I是入射向量(視線向量取反)N是表面法線。PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE的實(shí)現(xiàn)原理PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE是Unity URP中用于跨平臺Cubemap采樣的關(guān)鍵宏它封裝了不同圖形API(Direct3D、OpenGL、Metal)下Cubemap采樣的實(shí)現(xiàn)差異為開發(fā)者提供統(tǒng)一的采樣接口。數(shù)學(xué)原理基礎(chǔ)Cubemap是一個由6個2D紋理組成的立方體每個面代表一個方向(±X, ±Y, ±Z)。使用反射向量作為方向索引可以獲取立方體相應(yīng)位置的紋理顏色1. 方向向量確定采樣面Cubemap采樣基于3D方向向量通過以下步驟確定采樣面數(shù)學(xué)表達(dá)式主面 max(|x|, |y|, |z|)if (主面 |x|)if (x 0) → X面else → -X面else if (主面 |y|)if (y 0) → Y面else → -Y面elseif (z 0) → Z面else → -Z面## **2. 方向向量到UV坐標(biāo)轉(zhuǎn)換**確定采樣面后將3D方向向量轉(zhuǎn)換為2D UV坐標(biāo)的數(shù)學(xué)過程對于X面(右面)u 0.5 * (1 - (z / |x|))v 0.5 * (1 - (y / |x|))對于-Y面(下面)u 0.5 * (1 - (x / |y|))v 0.5 * (1 (z / |y|))其他面的轉(zhuǎn)換類似但需要考慮不同面的坐標(biāo)系差異。## **URP中的具體實(shí)現(xiàn)**### **PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE宏定義**在URP Core.hlsl中該宏通常定義為chlsl#define PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE(textureName, samplerName, coord3) SampleTexture(textureName, samplerName, coord3)實(shí)際采樣函數(shù)會根據(jù)平臺不同而有所區(qū)別但對外提供統(tǒng)一接口。反射向量計算示例在URP Shader中計算反射向量并采樣Cubemap的完整過程計算視線向量(從表面點(diǎn)到相機(jī))hlslfloat3 viewDir GetWorldSpaceViewDir(positionWS);計算反射向量hlslfloat3 reflectDir reflect(-viewDir, normalWS);采樣Cubemaphlslfloat4 cubemapColor PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE(_Cubemap, sampler_Cubemap, reflectDir);解碼HDR顏色(如果需要)hlslfloat3 reflection DecodeHDREnvironment(cubemapColor, _Cubemap_HDR);混合反射顏色與表面顏色hlslfloat3 finalColor lerp(diffuseColor, reflection, _ReflectAmount);不同圖形API的實(shí)現(xiàn)差異Direct3D面順序X, -X, Y, -Y, Z, -ZUV坐標(biāo)系左上角為(0,0)右下角為(1,1)需要特別注意Y軸的朝向OpenGL面順序X, -X, Y, -Y, Z, -ZUV坐標(biāo)系左下角為(0,0)右上角為(1,1)通常需要翻轉(zhuǎn)Y軸坐標(biāo)Metal使用MTLTextureTypeCube類型面順序與Direct3D類似采樣時需要考慮坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)示例具體采樣過程假設(shè)有一個方向向量(0.5, -0.3, 0.8)計算其在Cubemap中的采樣位置確定主分量|x|0.5, |y|0.3, |z|0.8 → 主分量為z確定采樣面z0.8 0 → Z面計算UV坐標(biāo)u 0.5 * (1 (x/|z|)) 0.5 * (1 (0.5/0.8)) ≈ 0.8125v 0.5 * (1 - (y/|z|)) 0.5 * (1 - (-0.3/0.8)) ≈ 0.6875在Z面紋理上采樣(0.8125, 0.6875)處的顏色性能優(yōu)化考慮?粗糙度與Mipmap?根據(jù)表面粗糙度選擇適當(dāng)?shù)腗ipmap級別粗糙表面使用更高層級的Mipmapfloat perceptualRoughness 1.0 - _Smoothness;float mip PerceptualRoughnessToMipmapLevel(perceptualRoughness);float4 envColor SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD(_Cubemap, sampler_Cubemap, reflectDir, mip);URP中的PLATFORM_SAMPLE_TEXTURECUBE宏通過統(tǒng)一這些復(fù)雜操作使開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂诓馁|(zhì)效果本身而無需關(guān)心底層平臺差異實(shí)現(xiàn)示例以下是一個簡單的反射Cubemap的Shader實(shí)現(xiàn)定義Shader屬性包括顏色、反射顏色、反射強(qiáng)度和Cubemap紋理頂點(diǎn)著色器計算世界空間的位置、法線、視線方向和反射方向片元著色器計算環(huán)境光、漫反射和反射顏色使用lerp函數(shù)混合漫反射和反射顏色控制反射強(qiáng)度最終輸出混合后的顏色URPReflection.shaderShader Custom/URPReflection{Properties{_BaseColor(Base Color, Color) (1,1,1,1)_ReflectColor(Reflection Color, Color) (1,1,1,1)_ReflectAmount(Reflect Amount, Range(0,1)) 0.5_Cubemap(Reflection Cubemap, Cube) _Skybox {}_Smoothness(Smoothness, Range(0,1)) 0.5}SubShader{Tags { RenderTypeOpaque RenderPipelineUniversalPipeline }HLSLINCLUDE#include Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl#include Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlslstruct Attributes{float4 positionOS : POSITION;float3 normalOS : NORMAL;};struct Varyings{float4 positionHCS : SV_POSITION;float3 positionWS : TEXCOORD0;float3 normalWS : TEXCOORD1;float3 viewDirWS : TEXCOORD2;float3 reflectDir : TEXCOORD3;};CBUFFER_START(UnityPerMaterial)half4 _BaseColor;half4 _ReflectColor;half _ReflectAmount;half _Smoothness;CBUFFER_ENDTEXTURECUBE(_Cubemap);SAMPLER(sampler_Cubemap);Varyings vert(Attributes IN){Varyings OUT;// 頂點(diǎn)變換OUT.positionHCS TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);OUT.positionWS TransformObjectToWorld(IN.positionOS.xyz);OUT.normalWS TransformObjectToWorldNormal(IN.normalOS);// 計算視線方向(從表面點(diǎn)到相機(jī))OUT.viewDirWS GetWorldSpaceViewDir(OUT.positionWS);// 計算反射方向float3 viewDir normalize(OUT.viewDirWS);OUT.reflectDir reflect(-viewDir, normalize(OUT.normalWS));return OUT;}half4 frag(Varyings IN) : SV_Target{// 標(biāo)準(zhǔn)化法線和反射方向float3 normalWS normalize(IN.normalWS);float3 reflectDir normalize(IN.reflectDir);// 計算漫反射光照Light light GetMainLight();float3 lightDir normalize(light.direction);float NdotL saturate(dot(normalWS, lightDir));half3 diffuse _BaseColor.rgb * light.color * NdotL;// 采樣Cubemaphalf perceptualRoughness 1.0 - _Smoothness;half mip PerceptualRoughnessToMipmapLevel(perceptualRoughness);half4 cubemapColor SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD(_Cubemap, sampler_Cubemap, reflectDir, mip);half3 reflection DecodeHDREnvironment(cubemapColor, unity_SpecCube0_HDR) * _ReflectColor.rgb;// 混合漫反射和反射half3 color lerp(diffuse, reflection, _ReflectAmount);return half4(color, 1.0);}ENDHLSL}}Cubemap生成方法在Unity中可以通過以下步驟生成Cubemap創(chuàng)建空物體作為觀察位置在Project視圖右鍵創(chuàng)建Legacy/Cubemap使用腳本調(diào)用Camera.RenderToCubemap方法生成