环境贴图

教程：实时环境映射贴图技术实时环境映射贴图技术(Real-time Evironmnet Mapping)

    如果你是个赛车游戏的爱好者，你一定玩过风靡全世界的赛车游戏《极品飞车：地下狂飚2

》 (Need For Speed : UnderGround2)。在这款游戏中，玩家扮演了一个靠赛车为生的地下飚

车手，在永远是夜晚的城市中飞驰。这款游戏大量地运用了环境映射技术(Real-time

Evironmnet Mapping)，例如下过雨的公路上看到两旁夜景的倒映、玩家车身上对周围环境的真

实反射等等，这些都是环境映射技术的功劳。这种最酷、最华丽的特效现在已经被应用在大量

实时虚拟显示游戏中，将来它也许会成为游戏中必不可少的元素。

    环境映射贴图技术最典型的应用就是车体的“流光”，这种现象在现实中非常普遍。当你

开着车行驶在满是霓虹灯的街道上时，周围的灯光会在车身上投射出一个光斑或光带(前提是车

子洗得非常干净)。当车子在街道上飞驰的时候，就好像一个个五彩的斑点在你的车体上流动，

产生非常炫目的效果。甚至当你和别的车子擦肩而过时，别的车子也会映射在你的车体上。

    要实现环境贴图映射首先需要一组环境信息。假设在场景里有一辆车(本文中将一直使用这

个的例子)，车的环境信息，即除车以外，你在车的位置上向四周看到的全部画面。你用相机对

六个不同方向拍出六张照片，这样就产生了一组环境信息。车上的每个象素都和这个环境信息

中的一个点有对应关系(也就是所谓的映射)。在最后渲染车时，需要把车身上每个环境对应点

与车体本身的效果做混合处理。

    归纳起来要实现环境贴图映射需要执行以下步骤：

    A.创建环境贴图

    B.把场景中的物体渲染到环境贴图上

    C.渲染车体时，把原始贴图和环境贴图经过处理后最终渲染到屏幕上

    准备好你的车子了吗？你一定想马上体验一下给自己车子打上环境贴图是什么感觉吧！不

过在动手之前，你还需要对相关知识有所了解，否则是很难找到正确方法的。

一、什么是环境贴图？

    在上面我用照相机作过比喻，在这个比喻中，那六张照片就类似一组环境贴图，它们代表

了立方体的六个面。你可以想象一下，当你的眼睛处于这个立方体时，你会看到周围所有的景

物，因此我们将面，每次绘制其中一个面，就要对场景中所有的景物进行一次渲染。这个过程的开销是十分大

的。如果你的场景中某个物体上使用了环境映射，那么原来只需绘制一次的场景，就会增加6倍

的渲染消耗！如果一个游戏原来跑70帧，当绘制一个使用了环境映射的特效时，马上降到了10

帧！这是一个相当可怕的数字！你也许会考虑：那么这项技术会不会因为开销太大而失去使用

的价值？答案是不会的。以目前人类的智慧已经可以非常好的处理好环境映射的效率问题，所

以不必担心，而且在后文中我们还会详细讲解这些方法。

三、如何使用Cube Map？

    当你渲染好了贴图坐标，下一步就是如何使用的问题了。要想将一张贴图绘制到屏幕上，

就需要用坐标和模型的顶点进行对应。我们都知道，2D贴图使用u、v两个坐标来表示顶点对应

的贴图坐标。而在Cube Map中，仅有2个量是无法表示一个点在立方体中的位置的，所以，Cube Map的贴图坐标是由3个数的向量来表示的，你可以简单把这个贴图坐标对应的颜色理解为：从

盒子中心向这个3D向量方向前进直至与盒子相交，其交点的象素颜色值。比如你要让场景中的一个球映射出周围的环境，最简单的做法是把球上每个点的它们称为环境贴图。
一般来说我们所使用的环境贴图都是用立方体作参照，因此通常称为立方体贴图(Cube Map)。
每个Cube Map包含六个面，在DirectX中分别用+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z来表示，其每个面都在

水平和垂直平面上都覆盖了90度的视角。
       
二、我们要如何操作这组Cube Map呢？

    在DirectX 9中，分别使用了六个不同的标识来表示Cube Map中的各个面。这组标识叫

D3DCUBEMAP_FACES，其中的D3DCUBEMAP_FACE_POSITIVE_X就代表了Cube Map中以中心点为原点

的正X轴所指向的那个面，依此类推。而Cube Map的每一个面都是一个LPDIRECT3DSURFACE9对象

，当你需要对其中某个面进行某些操作时，就需要先调用GetCubeMapSurface函数来得到你所指

定的那个面(Surface)，然后像操作一般面一样操作即可。而本文中将要对其进行的操作就是把

面作为渲染目标(Render Target)，把周围环境中的景物全部绘制到这个Cube Map上。因为Cube Map在每个方向上有一个法线做为贴图坐标传给图形处理芯片，这样一来就能让球具有金属质感。不过，仅仅这样简单

对应的话，绘制出的图将会和现实世界的映射有所出入。

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