CubeMap视线反射方向计算详解

CubeMap视线反射方向计算详解

其基本原理很多例子上有讲到。下面给出一些比较合适的链接

http://developer.nvidia.com/object/cube_map_ogl_tutorial.html    NVIDIA官网上的 Opengl Cube texture mapping
http://www.zwqxin.com/archives/shaderglsl/review-cube-mapping-shader.html  某位兄弟的个人BLOG。
以上两位都适合OPENGL控。
本文给出一个DX HLSL例子。并解释了反射方向计算的数学模型。希望能给大家一定的帮助。
CUBE映射主要分为两步：
一、在VS中根据法线和观察位置计算反射方向，并且得到观察空间中的反射方向。
反射方向有两种计算方法。
1、在世界坐标系空间中计算，然后再将计算到的反射方向转换到观察空间。 这要求我们转入观察位置。
2、在观察空间中进行计算，此时观察位置已经为0,0,0,于是不需要传入观察位置，并且得到的向量即为所求。本文的代码采用此种方式。

值得说明的一点是。在进行计算时，入射方向和反射方向以及法线方向并未要求一定要单位化。
二、用这个反射方向在PS中对CUBE纹理进行采样。

下面是一个对反射向量计算的通用求解过程。

我们假设顶点位置为Pos 即点O，视点为Eye 即点A （均为同一坐标系空间）
那么，我们的观察方向便是Pos-Eye, 即AO。而我们的反射方向便是OC。 法线为OB或OD方向。
下面我们来看看反射方向的求法
而由上图可知，OC = AD ；
而又由OA+AD = OD；OD = 2*OB；可得
 OC = 2*OB-OA；
而OA ＝ Eye-Pos;
可得，OC = 2*OB-(Eye-Pos);
那么，最后我们可以看出，只要求出OB，则可以求出OC。
而从图上我们可以看到OB即为OA在（法线）OD上的投影。 由此可知， OB ＝ dot(OA,Normal);
于是可以写出如下公式。
float3 EyeR = Eye - Pos;  float3 reflectVec = 2*dot(EyeR,Normal)*Normal - EyeR;

当然，你也可以使用高级语言中的reflect函数来求反射
在HLSL中。
ret reflect(i, n)

v = i - 2 * dot(i, n) * n

上面的公式中。i为入射方向，v为反射方向，n为法线。
由于EyeR 为观察方向的反方向，即入射方向的反方向
所以 reflectVec = reflect(-EyeR,Normal)即可求得。

最后将reflectVec转换到观察空间，然后对CUBE纹理进行采样即可。

下面是HLSL中我使用的代码。该代码在D3D SDK的HDRCubeMap.fx中可见。

// VS
float4x4 matView;
float4x4 matProjection;
struct  VS_INPUT 
{
   float4 Position : POSITION0;
   float2 Texcoord : TEXCOORD0;
   float3 Normal :NORMAL;
} ;

struct  VS_OUTPUT 
{
   float4 Position : POSITION0;
   float3 Texcoord : TEXCOORD0;
} ;

VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )
{
   VS_OUTPUT Output;
   Output.Position = mul(Input.Position,matView);
   
   float3 vN = mul(Input.Normal,matView);
   float3 vEyeR = -normalize(Output.Position);
  
   Output.Texcoord = 2 * dot( vEyeR, vN ) * vN - vEyeR;
   
   Output.Position = mul(Output.Position,matProjection);
   return( Output );
}

// PS
samplerCUBE baseMap;

struct  PS_INPUT 
{
   float3 Texcoord : TEXCOORD0;
   
} ;

float4 ps_main( PS_INPUT Input ) : COLOR0
{
   return texCUBE( baseMap, Input.Texcoord );
   
}

在此对float3 vEyeR = -normalize(Output.Position);作一下解释。
我们上面讲到的 EyeR的计算为Eye- Pos。 但是，由于N和Pos已转入摄相机空间。则此时的Eye为(0,0,0)。 并且，不一定要单位化vEyeR
所以上面的解法可以让你不用再传入观察点。
最后，我们来围观一下效果。




我是在RenderMonkey中测试的SHADER，所以，上面贴出来的，即为原码。
下面是用到的cubemap图的样子


OK，谢谢欣赏，欢迎交流
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