Unity中Shader立方体纹理Cubemap

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前言

Unity中Shader立方体纹理Cubemap

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一、什么是立方体纹理

立方体纹理，也被叫做Cubemap。通常用来做反射效果

在Unity中，如果全都使用实时反射，那么对于设备性能的消耗是比较大的，所以使用一种投机取巧的方式实现的反射效果

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二、立方体纹理的生成方式

1、使用6个面的生成方式

一般选择Auto即可，会自动适配

2、使用单张图片的生成方式

一般选择Auto即可，会自动适配

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三、Cubemap的采样方式

由模型顶点向Cubemap发射射线，射线经过的Cubemap哪个点，那个点就是采样点

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四、在Unity中看一下Cubemap

在纹理的 Inspector，按如下设置，就可以把普通纹理类型修改为立方体纹理

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五、在Shader中，对立方体纹理进行采样使用

我们使用上一篇文章的Shader继续测试：

• Unity中Shader纹理的环绕方式

1、我们在属性面板定义一个Cube类型的变量来存放立方体纹理

_CubeMap(“CubeMap”,Cube) = “white” {}

2、使用前在Pass中，声明一下该变量

samplerCUBE _Cubemap;

3、在片元着色器中，对其纹理采样

这里进行纹理采样时，由其原理可知，需要使用顶点的本地坐标。

所以，这里使用 appdata 传入的顶点数据来采样即可。

• 我们先在 v2f 中定义一个变量来存储应用程序阶段传入的数据

我们只需要顶点的 xyz 即可

float3 localPos : TEXCOORD1;

• 然后，在顶点着色器阶段，把 appdata 的顶点 xyz 传给 v2f 中的 localPos

o.localPos = v.vertex.xyz;

• 返回一下采样的结果看看(已经有了采样的结果)

fixed4 cubemap = texCUBE(_CubeMap,i.localPos);
return cubemap;

4、模拟真实的反射效果 （Cubemap的环境映射）

要模拟出真实的反射效果，不能向之前一样，采样眼睛处的Cubemap

而是需要采样视线的反射视线经过Cubemap的点

5、计算视线的反射向量

因为需要计算视线的反射向量，所以需要准备一些数据:

摄像机的世界坐标、模型顶点的世界坐标、法线的世界坐标

• 准备摄像机的世界坐标

_WorldSpaceCameraPos

• 准备模型顶点的世界坐标

1、在 v2f 中，定义一个变量存储顶点的世界信息
float3 worldPos : TEXCOORD2;
2、在顶点着色器中，进行顶点坐标转化
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);

• 准备法线的世界坐标

1、在 appdata 中传入法线信息
half3 normal : NORMAL;
2、在 v2f 中，定义一个变量存储法线世界坐标
half3 worldNormal : NORMAL;
3、在顶点着色器中，进行法线坐标转化
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);

• 准备最后的计算

1、计算世界坐标下 视线单位向量 V
fixed3 V = normalize(i.worldPos - _WorldSpaceCameraPos);
2、计算世界坐标下 法线单位向量 N
fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
3、计算世界坐标下 反射向量R
fixed3 R = reflect(V,N);
4、用 R 对Cubemap进行纹理采样
fixed4 cubemap = texCUBE(_CubeMap,R);

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六、最终效果

最终代码：

//纹理的多级渐远 Mipmap
//纹理的环绕方式
Shader "MyShader/P2_1_5"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        
        [KeywordEnum (Repeat,Clamp)]_WrapMode("WrapMode",int) = 0
        [IntRange]_Mipmap ("Mipmap",Range(0,10)) = 0
        //在属性面板定义立方体纹理
        _CubeMap("CubeMap",Cube) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma shader_feature _WRAPMODE_REPEAT _WRAPMODE_CLAMP
            #include "UnityCG.cginc"
            
            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                half3 normal : NORMAL;
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 localPos : TEXCOORD1;
                float3 worldPos : TEXCOORD2;
                half3 worldNormal : NORMAL;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            half _Mipmap;
            samplerCUBE _CubeMap;
            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                o.localPos = v.vertex.xyz;
                o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld,v.vertex);
                o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                //WrapMode
                #if _WRAPMODE_REPEAT
                i.uv = frac(i.uv);
                #elif _WRAPMODE_CLAMP
                    //法一:
                    //i.uv = clamp(i.uv,0,1);
                    //法二:
                    i.uv = saturate(i.uv);
                #endif
                float4 uvMipmap = fixed4(i.uv,0,_Mipmap);
                fixed4 col = tex2Dlod(_MainTex, uvMipmap);

                //Cube
                fixed4 cubemap = texCUBE(_CubeMap,i.localPos);
                //V,N,R
                fixed3 V = normalize(i.worldPos - _WorldSpaceCameraPos);
                fixed3 N = normalize(i.worldNormal);
                fixed3 R = reflect(V,N);
                cubemap = texCUBE(_CubeMap,R);
                
                return cubemap;
                
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

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