原文地址:WebGL學習之紋理盒
咱們以前已經學習過二維紋理 gl.TEXTURE_2D,並且還使用它實現了各類效果。但還有一種立方體紋理 gl.TEXTURE_CUBE_MAP,它包含了6個紋理表明立方體的6個面。不像常規的紋理座標有2個緯度,立方體紋理使用法向量,換句話說三維方向。本節實現的demo請看 天空盒
javascript
根據法向量的朝向選取立方體6個面中的一個,這個面的像素用來採樣生成顏色。這六個面經過他們相對於立方體中心的方向被引用。它們是分別是html
gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X//右 gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X//左 gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y//上 gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y//下 gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z//後 gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z//前
其實咱們更應該把cube map叫做紋理盒,一般紋理盒不是給立方體設置紋理用的,設置立方體紋理的標準用法實際上是使用二維貼圖,那麼紋理盒用來作什麼的呢?紋理盒最多見的用法是用來作環境貼圖。在百度和google地圖中的3D街景就是環境貼圖應用的一個例子。java
下面是6張紅色峽谷圖片
git
將以上尺寸爲512x512的圖片填充到立方體的每一個面,如下就是紋理的建立加載過程github
// 建立紋理。 var texture = gl.createTexture(); gl.bindTexture(gl.TEXTURE_CUBE_MAP, texture); const faceInfos = [ { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X, url: '/img/sorbin_rt.jpg', }, { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X, url: '/img/sorbin_lf.jpg', }, { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y, url: '/img/sorbin_up.jpg', }, { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y, url: '/img/sorbin_dn.jpg', }, { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z, url: '/img/sorbin_bk.jpg', }, { target: gl.TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z, url: '/img/sorbin_ft.jpg', }, ]; faceInfos.forEach((faceInfo) => { const {target, url} = faceInfo; // 上傳畫布到立方體貼圖的每一個面 const level = 0; const format = gl.RGBA; const width = 512; const height = 512; const type = gl.UNSIGNED_BYTE; // 設置每一個面,使其當即可渲染 gl.texImage2D(target, level, format, width, height, 0, format, type, null); // 異步加載圖片 const image = new Image(); image.src = url; image.onload = function() { // 圖片加載完成將其拷貝到紋理 gl.bindTexture(gl.TEXTURE_CUBE_MAP, texture); gl.texImage2D(target, level, internalFormat, format, type, image); gl.generateMipmap(gl.TEXTURE_CUBE_MAP); }; }); gl.generateMipmap(gl.TEXTURE_CUBE_MAP); gl.texParameteri(gl.TEXTURE_CUBE_MAP, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
標準立方體法向量 和 紋理盒法向量的區別
web
3D立方體使用紋理盒有一個巨大的好處就是不須要額外指定紋理座標。只要盒子是被放置在世界座標系的原點,盒子自己的座標就能夠做爲紋理座標使用,由於在3D世界中位置自己就是一個向量,表示一個方向,咱們要的就是這個方向。canvas
因此頂點着色器很是簡單緩存
attribute vec4 a_position; uniform mat4 u_vpMatrix; varying vec3 v_normal; void main() { gl_Position = u_vpMatrix * a_position; //由於位置是以幾何中心爲原點的,能夠用頂點座標做爲法向量 v_normal = normalize(a_position.xyz); }
片斷着色器中咱們須要用samplerCube
代替 sampler2D
用 textureCube
代替texture2D
。textureCube
須要vec3類型的向量。 法向量從頂點着色器傳遞過來通過了插值處理,須要從新單位化。app
precision mediump float; // 從頂點着色器傳入。 varying vec3 v_normal; // 紋理。 uniform samplerCube u_texture; void main() { gl_FragColor = textureCube(u_texture, normalize(v_normal)); }
運行後獲得以下的效果,很明顯就能看出是個立方體,並非咱們想要的360度環繞的3D場景。
異步
其實咱們只須要將相機位置置於原點(0,0,0),同時lookAt向其中的一個面就能夠了。可是在原點有個問題,若是要旋轉查看場景怎麼辦?咱們能夠經過旋轉相機的位置,這其實就至關於立方體旋轉,同時咱們不須要矩陣位移相關的信息,只須要方向相關的信息就行了。同時還能夠禁止寫入深度緩存,形成背景在很遠的假象,讓效果更加真實。
const viewPosition = new Vector3([0,0,1]);//相機位置 const lookAt = [0, 0, 0];//原點 //相機繞y軸旋轉 cameraMatrix.rotate(0.2,0,1,0); viewPoint = cameraMatrix.multiplyVector3(viewPosition); vpMatrix.setPerspective( 30, canvas.width / canvas.height, 0.1, 5 ); vpMatrix.lookAt(...viewPoint.elements, ...lookAt, 0, 1, 0); //重置位移 vpMatrix.elements[12] = 0; vpMatrix.elements[13] = 0; vpMatrix.elements[14] = 0; // 禁止寫入深度緩存,形成背景在很遠的假象 gl.depthMask(false);
環境貼圖還有個更通俗的叫法-天空盒。接着咱們還要實現一個很是帥氣的效果,在天空盒三維場景中,讓其中的物體反射場景周圍的着色。這個操做就叫作環境紋理映射(environment mapping)。
若是物體的表面像光滑的鏡子,那麼咱們就能看到物體反射出天空和周圍的景色。反射的原理很是簡單,那就是使用反射公式映射紋理盒對應的紋素:
相機位置(觀察點)和 物體頂點的位置,頂點位置又包含着法線信息,經過GLSL的reflect函數就能夠很是容易的計算反射向量R,進而肯定看到的是哪一塊表面的着色。
咱們就在天空盒下面增長一個鏡面立方體,那就須要增長一對着色器,首先頂點着色器須要增長法線,mvp矩陣
attribute vec4 a_position; attribute vec4 a_normal; uniform mat4 u_vpMatrix; uniform mat4 u_modelMatrix; varying vec3 v_position; varying vec3 v_normal; void main() { v_position = (u_modelMatrix * a_position).xyz; v_normal = vec3(u_modelMatrix * a_normal); gl_Position = u_vpMatrix * u_modelMatrix * a_position; }
片元着色器則須要添加相機位置,紋理以及頂點着色器傳遞過來的法線和頂點位置
precision highp float; varying vec3 v_position; varying vec3 v_normal; uniform samplerCube u_texture; uniform vec3 u_viewPosition; void main() { vec3 normal = normalize(v_normal); vec3 eyeToSurfaceDir = normalize(v_position - u_viewPosition); vec3 direction = reflect(eyeToSurfaceDir,normal); gl_FragColor = textureCube(u_texture, direction); }
這樣咱們繪製的時候就要輪流切換着色器program
function draw(){ gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT); //天空盒 gl.useProgram(program.program); //繪製天空盒 //... //立方體 gl.useProgram(cProgram.program); //繪製立方體 //... requestAnimationFrame(draw); }
最後實現以下效果,demo狀況 天空盒
其實紋理盒除了能夠作環境貼圖,還能夠結合光照,陰影貼圖做出不少酷炫的效果。