Box Projected Cubemap Environment Mapping

最新推荐文章于 2021-07-18 15:22:23 发布

原创最新推荐文章于 2021-07-18 15:22:23 发布 · 2.6k 阅读

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本文探讨了立方体映射技术的发展历程，介绍了其在现代游戏中的三种主要应用：天空盒渲染、点光源阴影图及环境探针。重点讨论了立方体环境映射模拟实时反射的实现方式，并提出了修正传统映射误差的方法。

立方体映射于1986年首次在斯内德格林在他的论文“环境映射和预测世界其他应用程序”提出，^[ 2 ]吉姆·博林和马丁·纽厄尔十年之后首次提出环境映射了。然而由于硬件在同时访问6纹理图像的的能力限制，使其一直没有得以在实际中使用。随着Nvidia 的GeForce 256的发布这个问题彻底解决。。Nvidia的立方体映射硬件“是GeForce 256一个突破性的功能。它将允许开发人员创建精确的，实时的反射。

在现代的任何一款游戏里CubeMap随处可见，大致分为三种用法:

1.天空盒渲染

2.用于点光源的shadowmap

3.Env Probe(GI)

4.模拟实时反射(Cubemap Environment Mapping)

这次讨论的重点是模拟反射，Cubemap Environment Mapping简单来说就是用一个虚拟的立方体(cube)包围住物体，我们需要一个类似天空盒般的6张纹理贴在这个虚拟的立方体上，按照X,Y,Z轴正负方向构建4个Camera，分别对场景进行拍照，每一张图片贴到Cube的一个面上，这就完成了CubeMap的生成。

下面就可以考虑如何将Cube上的像素映射到物体上，方法很直接了当：眼睛到某个像素的向量look经过反射（以x像素的法线进行反射），反射向量reflvec射到立方体上，就在该立方体上获得一个纹素了（见下图中的Original的ray）。这就是一般的传统的Cubemap Environment Mapping。

然而按照上面的做法会感觉反射和真实场景无法匹配上。

传统的环境映射

Parallax Error

针对这样的情况，有人提出了一种修正方法来解决这个问题，将Cube的实际尺寸记录下来，用反射的ray来和cube求交，这样就可以得到真正正确的映射像素了，看起来这个方法原理上很简单，但是也是经过Cubemap用了好多年后才提出的，修正后的原理图如下：最终的效果非常不错，感觉质量上直接上了一个档次，而这个做法本身也很cheap，性价比相当高

Posted Image

下面给出PS里计算ray和cube相交然后用这个corrected的向量采cubemap的代码。

float3 dir = WrlPos - CamPos;
float3 rdir = reflect(dir, WrlTexNorm);

//BPCEM
float3 nrdir = normalize(rdir);
float3 rbmax = (EnvBoxMax - WrlPos)/nrdir;
float3 rbmin = (EnvBoxMin - WrlPos)/nrdir;

float3 rbminmax = (nrdir>0.0f)?rbmax:rbmin;
float fa = min(min(rbminmax.x, rbminmax.y), rbminmax.z);

float3 posonbox = WrlPos + nrdir*fa;
rdir = posonbox - EnvBoxPos;
//PBCEM end

float3 env = texCUBE(envMap, rdir);

也可以对照原始链接结合一起看看。这个方法在Remember Me里得到了实际应用，Remember me的反射效果相当不错，基本原理就是从这里来的。

https://www.gamedev.net/topic/568829-box-projected-cubemap-environment-mapping/