Linux 下的 OpenGL 之路（九）：天空盒、反射和折射

技术分享 3年前 (2023-07-30) 0 999+

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前言

搞定了天空盒，才算是真正完成了场景的搭建，以后再要进行什么样的图形学测试，都可以在这个场景下进行。比如后面的反射、折射就是这样的例子。

写完这篇，我决定暂时结束这个系列。主要是因为我太懒了，居然拖拖拉拉拖了两年。其实可以探索的内容还有很多，比如阴影啊、HDR啊、辉光啊、基于物理的渲染啊什么的，内容还挺多，我想的是等以后我把我的代码搞得更完善一点之后，可能重写这一个系列。

也有可能不重写这个系列了，直接进军 Vulkan。

天空盒的技术其实挺简单

在没有做天空盒的时候，觉得天空盒很神秘。做了天空盒之后，发现天空盒的技术其实挺简单，就是利用了立方体贴图而已。

先说模型，就是绘制六个面，组成一个盒子而已，唯一不同的，可能就是这个盒子的面都是向内的。至于盒子的大小，其实不重要，后来我算是想明白了，反正应用纹理之后，我们看到的都是一个封闭的世界背景，那么把这个背景放在坐标为1的位置，还是放在远处，其实没什么区别。唯一需要注意的是，需要在 Shader 里面修改它的深度值，让它绘制在所有物体的后面，这样，其实是给了我们一个天空盒在无穷远处的假象。

再说立方体贴图，其实就是 6 张图片，使用相应的 API 载入而已。

最后说一说在场景中漫游的问题。通过前面的描述，可以看出盒子的位置一定在原点，盒子的大小不重要，所以 Model Matrix 就没有必要要了。但是我们还是需要在场景中转动，所以 View Matrix 还是要考虑，但是又要和前面的 View Matrix 不同，也就是我们只考虑摄像机的转动，而不用考虑摄像机的移动。所以这个要单独处理。

下面直接贴代码：

#ifndef __SKYBOX_H__ #define __SKYBOX_H__  #include <glm/glm.hpp> #include <glm/gtc/matrix_transform.hpp> #include <vector> #include <string> #include <string.h> #include <GL/glew.h> #include <iostream> #include "model.hpp"  class SkyBox { protected:     GLuint VAO, VBO, textureID;  public:     GLuint getTextureID(){         return textureID;     }      void loadSkyBox(std::string directory)     {         std::cout << "Directory name: " << directory << std::endl;         float vertex_data[] = {             // positions             -1.0f, 1.0f, -1.0f,             -1.0f, -1.0f, -1.0f,             1.0f, -1.0f, -1.0f,             1.0f, -1.0f, -1.0f,             1.0f, 1.0f, -1.0f,             -1.0f, 1.0f, -1.0f,              -1.0f, -1.0f, 1.0f,             -1.0f, -1.0f, -1.0f,             -1.0f, 1.0f, -1.0f,             -1.0f, 1.0f, -1.0f,             -1.0f, 1.0f, 1.0f,             -1.0f, -1.0f, 1.0f,              1.0f, -1.0f, -1.0f,             1.0f, -1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, -1.0f,             1.0f, -1.0f, -1.0f,              -1.0f, -1.0f, 1.0f,             -1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, -1.0f, 1.0f,             -1.0f, -1.0f, 1.0f,              -1.0f, 1.0f, -1.0f,             1.0f, 1.0f, -1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             1.0f, 1.0f, 1.0f,             -1.0f, 1.0f, 1.0f,             -1.0f, 1.0f, -1.0f,              -1.0f, -1.0f, -1.0f,             -1.0f, -1.0f, 1.0f,             1.0f, -1.0f, -1.0f,             1.0f, -1.0f, -1.0f,             -1.0f, -1.0f, 1.0f,             1.0f, -1.0f, 1.0f};          GLuint vertex_num = 36;          glCreateVertexArrays(1, &VAO);         glBindVertexArray(VAO);         glCreateBuffers(1, &VBO);         glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);         glNamedBufferStorage(VBO, sizeof(vertex_data), vertex_data, 0);         std::cout << "sizeof vertex_data:" << sizeof(vertex_data) << std::endl;         glEnableVertexAttribArray(0);         glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (void *)0);          std::vector<std::string> faces{             "right.jpg",             "left.jpg",             "top.jpg",             "bottom.jpg",             "front.jpg",             "back.jpg"         };      glGenTextures(1, &textureID);     glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + textureID);     glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, textureID);      int width, height, nrChannels;     for (unsigned int i = 0; i < faces.size(); i++)     {         unsigned char *data = stbi_load((directory + "/" + faces[i]).c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);         if (data)         {             glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i,                           0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data             );             stbi_image_free(data);         }         else         {             std::cout << "Cubemap texture failed to load at path: " << directory + "/" + faces[i] << std::endl;             stbi_image_free(data);         }     }     glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);     glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);     glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);     glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);     glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE);     }      void render()     {         glBindVertexArray(VAO);         glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);     } };  #endif

主文件的代码我就不贴了。下面来看看顶点着色器的代码和片段着色器的代码。

#version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos;  out vec3 TexCoords;  uniform mat4 projection_matrix; uniform mat4 view_matrix;  void main() {     TexCoords = aPos;     vec4 tempPosition = projection_matrix * view_matrix * vec4(aPos, 1.0);     gl_Position = tempPosition.xyww; }

#version 330 core out vec4 FragColor;  in vec3 TexCoords;  uniform samplerCube skybox;  void main() {         FragColor = texture(skybox, TexCoords); }