OpenGL-Learning-4

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场景基本渲染的最后一块内容，天空盒，这里能了解到整体的反折射的概念。

cubemaps

通过实现这里cubemap的效果，基本场景里面所有真实的元素都被体现在了物体的光照效果中（更加高级的阴影之类的后面再详细讨论）。就是6张贴图嘛，整合成一个整体-立方体中，如果立方体的中心在坐标原点，这样立方体表面的像素点获取就非常容易，通常向量（原点指向纹理坐标点）跟位置（直接的纹理坐标）相关。

创建cubemap

跟创建普通的没什么区别，绑定的对象变成了GL_TEXTURE_CUBE_MAP，生成是时候还是用glTexImage2D生成，最后fragmentshader中，输入有

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in vec3 textureDir; // direction vector representing a 3D texture coordinate
uniform samplerCube cubemap;// cubemap texture sampler
void main(){             
    FragColor = texture(cubemap, textureDir);}

skybox

  1. loading a skybox
    没啥新的内容，就是加载6张图给返货一个表示GL_TEXTURE_CUBE_MAP的textureID。
  2. 渲染skybox
    这里要注意，我们要实现的效果，不管player怎么移动，这个cube都不会移动。在基本光照里，有这么一个技术处理，我么可以把变换矩阵的平移分量去掉，只取左上方33的矩阵,然后再变换回到44矩阵。这样就消除了平移分量，保留了旋转，你仍然可以查看不同的天空盒视角：
    glm::mat4 view = glm::mat4(glm::mat3(camera.GetViewMatrix()));

优化天空盒

如果预先渲染天空盒的话，会浪费不少资源，因为很多天空盒的fragment最后要被舍弃掉。所以，一般最后渲染，类似于放在unity里面最底层？？？
用一个技巧，在深度测试的时候，把天空盒的深度看成最大值1.实际上不是，因为天空盒只是一个1x1x1的立方体，无法通过深度测试。不管物体是什么，天空盒的相应片元都不通过深度测试，这样就不用渲染了。
在坐标系一节，我们说perpective division实在vertex shader以后进行的，用w因子除以gl_position的xyz坐标。而且在深度测试（一节）中，顶点的深度值实际上等于division以后的z值。
利用这个，将输出的z设置成它的w值，导致深度测试中的z始终是1，为什呢？这样进行perpective division的时候，它的z就会编程w/w = 1.

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void main(){
    TexCoords = aPos;
    vec4 pos = projection * view * vec4(aPos, 1.0);
    gl_Position = pos.xyww;}

NDC空间内，z值是1就是最大值，就是永远在背景的东西。其他都在前面。同时，gl_lequal也应该变成gl_less，确保让天空盒通过测试正确渲染。因为它的值是1。

environment mapping

反射

根据观察者和相应物体表面的位置，得到出射的角度，然后根据表面的法向，来确定颜色入射的角度。再根据入射的角度计算最终能得到的天空盒的颜色。全反射，那就肯定是全部颜色了，没有其他颜色。
参考learn4-001
cube顶点shader需要输入：apos 顶点坐标 anormal 法向量（物体的法向量一定要在程序里向vertex输入）
输出：法向量Normal以及世界坐标的位置

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#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
out vec3 Normal;
out vec3 Position;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main(){
    Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;
    Position = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);}

cube的fragmentshader需要输入：vs的输出；天空盒，相机坐标
输出最终的颜色

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#version 330 core
out vec4 FragColor;
in vec3 Normal;
in vec3 Position;
uniform vec3 cameraPos;
uniform samplerCube skybox;
void main(){             
    vec3 I = normalize(Position - cameraPos);
    vec3 R = reflect(I, normalize(Normal));
    FragColor = vec4(texture(skybox, R).rgb, 1.0);}

整体代码流程：

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// cube VAO
    unsigned int cubeVAO, cubeVBO;
// skybox VAO
    unsigned int skyboxVAO, skyboxVBO;

// load textures
    vector<std::string> faces
    {
        FileSystem::getPath("resources/textures/skybox/right.jpg")...
    };
    unsigned int cubemapTexture = loadCubemap(faces);
// shader configuration
    shader.use();
    shader.setInt("skybox", 0);
    skyboxShader.use();
    skyboxShader.setInt("skybox", 0);

// render loop
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
// render
        glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// draw scene as normal
        shader.use();
        glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
        glm::mat4 view = camera.GetViewMatrix();
        glm::mat4 projection = glm::perspective(glm::radians(camera.Zoom), (float)SCR_WIDTH / (float)SCR_HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
        shader.setMat4("model", model);
        shader.setMat4("view", view);
        shader.setMat4("projection", projection);
        shader.setVec3("cameraPos", camera.Position);
        // cubes
        glBindVertexArray(cubeVAO);
        glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubemapTexture);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
        glBindVertexArray(0);

// draw skybox as last
        glDepthFunc(GL_LEQUAL);  // change depth function so depth test passes when values are equal to depth buffer's content
        skyboxShader.use();
        view = glm::mat4(glm::mat3(camera.GetViewMatrix())); // remove translation from the view matrix
        skyboxShader.setMat4("view", view);
        skyboxShader.setMat4("projection", projection);
        // skybox cube
        glBindVertexArray(skyboxVAO);
        glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, cubemapTexture);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
        glBindVertexArray(0);
        glDepthFunc(GL_LESS); // set depth function back to default
        // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

折射

learn4-002，将cube看成glass制作的。
一般只需处理一次折射。

最后

光照的处理，在shader的基础上，其实就是定义光照模型的过程，结合一定的物理知识将光照模型在场景中计算，最终反馈到输出像素中，所以要想达到逼真的效果，尽可能多地加进光照模型就可以。phong是最简单最常用的一种。其他的模型和方法会慢慢补充进来。