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概念

我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到立方體貼圖、經(jīng)緯圖、全景圖這樣的概念，它們描繪的都是一種能從四周觀(guān)察到周?chē)h(huán)境的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）的圖片，統(tǒng)稱(chēng)為環(huán)境貼圖。

環(huán)境貼圖是一種用于模擬高度反射物體表面反映周?chē)h(huán)境的技術(shù)，常見(jiàn)的環(huán)境貼圖主要有三種：立方體貼圖（CubeMap）、經(jīng)緯度全景圖（LatLongMap）以及球面環(huán)境圖（SphereMap）。它們之間本質(zhì)上沒(méi)有什么區(qū)別，只不過(guò)排版布局形式不一樣而已，下面是環(huán)境貼圖常見(jiàn)的集中布局形式。

unity中常用的環(huán)境貼圖是立方體貼圖（CubeMap），它采用的是十字形的布局形式，

用一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻來(lái)解釋立方體貼圖的形成：物體的中心位置架設(shè)一臺(tái)全景相機(jī)，在場(chǎng)景中表現(xiàn)為一個(gè)長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體的每個(gè)面都會(huì)拍攝它正前方的場(chǎng)景圖像，這樣就以相機(jī)為中心，就能獲取到它上、下、前、后、左、右六個(gè)方向的圖像，這六張圖片會(huì)被存儲(chǔ)為一個(gè)立方體貼圖（CubeMap），提供給具有反射材質(zhì)的物體使用。

設(shè)置

unity中新建立方體貼圖有兩種方法：第一種是將hdr格式的全景圖片導(dǎo)入項(xiàng)目中，設(shè)置圖片的Texture Shape 為cube，這種方式是最方便快捷的。

第二種使用一種最古老的方式：create/Legacy/Cubemap，這種方式需要準(zhǔn)備六張同一位置不同方向角度（前后、上下、左右）的圖片，指定后unity會(huì)為自動(dòng)生成一張立方體貼圖。

采樣

環(huán)境貼圖的采樣過(guò)程也很好理解，一束光照射到物體表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，反射光線(xiàn)會(huì)與立方體的其中一個(gè)面產(chǎn)生一個(gè)交點(diǎn)，只需要對(duì)這個(gè)交點(diǎn)進(jìn)行采樣，就能得到頂點(diǎn)的顏色像素值。

立方體貼圖有六個(gè)面，首先需要判斷頂點(diǎn)的反射光線(xiàn)與哪個(gè)面相交，這個(gè)判斷方法非常簡(jiǎn)單：頂點(diǎn)坐標(biāo)哪個(gè)分量的絕對(duì)值最大，頂點(diǎn)反射光就與哪個(gè)面相交。

比如頂點(diǎn)坐標(biāo)V(-0.5,0.3,-0.1)，分量絕對(duì)值最大是-5，因此這個(gè)頂點(diǎn)的反射光與-x指向的面相交。

知道了相交面，下一步就是求相交點(diǎn)，相交面標(biāo)準(zhǔn)化，它的其中一個(gè)面的分量值是確定的。比如，立方體貼圖-x軸指向的面，它的x軸坐標(biāo)是-1，那么只要讓反射矢量的坐標(biāo)乘以某個(gè)標(biāo)量，讓矢量的x分量也等于-1，矢量的yz分量就是交點(diǎn)的yz值。

舉個(gè)例子反射矢量是(-0.5,0.3,-0.1)，乘以2后等于(-1,0.6,-0.2)，那么相交點(diǎn)的坐標(biāo)就是(-1,0.6,-0.2)。

由于立方體貼圖采樣只關(guān)注方向而忽略了位置，因此它在平坦反射表面上的效果很不真實(shí)，相對(duì)的，它在曲面上可以取得較好的視覺(jué)效果。

代碼

下面就來(lái)看看在代碼中如何實(shí)現(xiàn)立方體貼圖的采樣。根據(jù)采樣原理的理解，要獲取到頂點(diǎn)的切線(xiàn)空間坐標(biāo)、光源方向、法線(xiàn)方向和反射方向。具體代碼如下：

half3 normal_dir = normalize(i.normal_world);

half3 normalData = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap,i.uv));
//切線(xiàn)方向
half3 tangent_dir = normalize(i.tangent_world);
// 雙切線(xiàn)方向
half3 binormal_dir = normalize(i.binormal_world);
// 法線(xiàn)方向
normal_dir = normalize(tangent_dir * normalData.x + binormal_dir * normalData.y + normal_dir*normalData.z);

// 觀(guān)察方向
half3 view_dir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.pos_world);
// 反射方向
half3 reflect_dir = reflect(-view_dir, normal_dir);

得到反射方向后，直接使用texCUBE方法，傳入反射矢量，對(duì)貼圖進(jìn)行采樣

// properties
_CubeMap("Cube Map", Cube) = "white"{}
//var
samplerCUBE _CubeMap;
float4 _CubeMap_HDR;
//frag
half4 colorCubeMap = texCUBE(_CubeMap,reflect_dir);
half3 env_color = DecodeHDR(colorCubeMap,_CubeMap_HDR);

通過(guò)以上兩步，基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)立方體貼圖采樣的功能。

立方體貼圖擁有豐富的顏色細(xì)節(jié)，直接采樣產(chǎn)生的效果可能會(huì)過(guò)曝，因此通常會(huì)配合Bloom 、ACES ToneMapping等后期技術(shù)來(lái)使用。

反射探針

講了這么多立方體貼圖底層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際項(xiàng)目中可能并不需要我們這么做。在Unity項(xiàng)目中，我們可以為物體添加反射探針（ReflectionProbe）來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的反射效果，反射探針就是根據(jù)立方體貼圖的技術(shù)原理封裝而成的。

默認(rèn)情況下，Unity設(shè)置了一個(gè)全局反射探針，我們只需要在window-rendering-light這里點(diǎn)擊"Generate Lighting"，項(xiàng)目就會(huì)自動(dòng)烘焙一張?zhí)炜蘸凶拥牧⒎襟w貼圖保存在場(chǎng)景目錄下