opengl球体_球体贴图小谈

球体贴图是老生常谈的东西了，很多时候都会遇到。选择什么方式去进行贴图，有时候也还是要考虑一番的。——ZwqXin.com

第一次接触球体贴图这玩意，是课程的第三次作业的时候做的Demo(LostHeaven)。那时候恰逢汶川的地震，自己就选择了那么个祈祷与人类破坏自然的主题，一开始的场景是一个下坠并“破碎”的地球。这个地球就是最初的我的球体贴图应用物了。怀念一下，贴图参考的是NEHE第二十多课那个，记不太清了，大致是直接用一张长方形纹理贴上去，然后设置一下纹理的生成方式（glTexGeni）之类的吧。其实哪怕是现在，这种贴图方式也是很平常的，就是Cylinder Map，把贴向一个柱体的纹理直接贴上球体上，让它包裹球体。确实简单，问题是球体的两极会因为过采样而出现褶皱。如果那两个点完全不暴露给观看者的话，那还好，不然就真的颇难看了。

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因为要考虑到贴到球体时的扭曲问题，赤道部分向两级的采样需求逐渐降低，所以那贴图一般都是中间“肥”上下两端“瘦”，呈现一定的扭曲，以尽量达到采样均匀，且贴到球体后看上去自然一点。对于两级的过采样问题，可以用一些方法降低采样率，具体不太懂所以就不多说了。针对CylinderMap的这些缺陷，部分人们开始选用CubeMap作为贴图方式。而本文也主要谈这种方式。

关于CubeMapping：[Shader快速复习：Cube Mapping(立方环境贴图)]

说到星体渲染，可能有人会知道Celestia这个软件，使用它可以渲染出一个绚烂的太空场景。这类软件可谓与球体贴图最靠近乎的东西之一了，从它对球体贴图方式的采用选择上看起吧：

Creating Textures for Celestia

上面这篇文章提及了主要使用的是Cylinder Map（至少在1.4版），而Cube Map作为一个“将来也许会支持”的选择项而被介绍。可见，Celestia应该还是比较偏好于前者的，这里面有两个比较重要的原因。

1. 矩形的星体纹理，比起六张一体的立方纹理，较容易获得

如果你在网上搜索一些星体的纹理，譬如地球啊、月球啊、火星啊，你搜到的基本都是一般的长方形纹理吧，配以分辨率(譬如4k纹理通常指长边至少为4000像素的纹理图)。所以，一般是很少见到原生的cubemap(6张图或dds文件)的。在著名的NASA分网站（http://earthobservatory.nasa.gov/）上，你可以搜到一堆堆的星体纹理，非常丰富，但大多都是基于一般的单一矩形纹理的：

通过一些工具，我们可以将这样的图片转换成6张子图，也就是把cylinderMap转换成CubeMap。Sourceforge项目“cubemap”（当前版本1.03）就是这样的工具之一，我就是使用它把上面一张2D纹理转换成6张纹理组成cubemap的，还算是比较方便的，效果也不错：

所以说，虽然CubeMap的来源一般比较少，但动动手也是可以自己找素材做出来的。

2.cubemap贴图的时候6张纹理在球体表面贴合处会出现缝迹

如果说Cylinder贴图的弊端是两级位置的过采样造成的扭曲，那么Cube贴图的相应弊端就是接合处的欠采样造成的缝痕了。在这个论坛地址上可以看到一些截图。恰巧这个帖子也是针对这两种方法的讨论，建议看看。里面提及使用Cylinder贴图的同时使用VT来处理的方式，不过这对于我们来说实在也太specific了。

一般来说，相对于cylinder贴图造成的那种“几公里外”也能看到的两级扭曲痛苦状，cubemap这种缝痕基本是不把眼睛贴向表面上都不会察觉的程度。贴到表面——这本身就有纹理本身欠采样造成的巨大锯齿在那里了——任何纹理都会这样，所以说CubeMap的这种问题在很多时候都可以忽略的。但是确实也有采用超高分辨率贴图，同时也允许观看者近距离靠近球体的场合，这时候这道缝就很成问题了。

也是有对应的大致解决方案的，而且很简单。既然分别都是采样造成的问题，何不对应地在某些临界点改变一下采样率呢？对于Cylinder方式的贴图，在两级减少采样，这涉及采样规则方式的改变和效果的问题，临界点也很难界定，所以是很难做到的；而Cube方式的贴图，只要在边界处向相邻的纹理边界采样并混合（插值）一下，应该就能很好地拯救（模糊）那些缝痕。事实上，这甚至不用我们手动去搞，OpenGL3.2开始已经向我们提供了这么一个核心扩展了：seamless_cube_map。

在以前的GPU上是无法把纹理的filtering应用在cubemap相邻的两张子纹理上的。但既然如今可以做到，那么这个扩展就很自然出现的，只要在两纹理边界处像素线性插值一下，缝痕就基本消失了。当然开启这个扩展是会有点点影响效率的（毕竟采样工作增加了嘛），所以如果你确实没有需要近处去观摩一个cubemap（不限于球体贴图）的边缘，那就不要启用这个扩展了。

事实上最好也要避免在运行渲染期间去切换这个OpenGL状态，很费效率。在初始化的时候设定，然后不要再去改变它——opengl的spec上如是说。设定很简单：

C++代码 初始化阶段

1. glEnable(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_SEAMLESS);

以下是开启这个状态前后的程序截图，可见前者明显看到一条缝痕，后者基本看不到了：

如果真的需要一个总结的话，我会说：是时候使用CubeMap来做一般的球面贴图了。

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2011-10-4