CubeMap（立方体贴图） - 清色的知识花园

什么是 CubeMap？#

CubeMap（立方体贴图）是一种特殊的纹理类型，由六张朝向不同方向的正方形纹理拼接而成，分别对应立方体的六个面（+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z）。可以把它想象成一个包裹场景的”环境盒”。

在 HLSL/Shader 中，CubeMap 使用方向向量进行采样，而不是普通的 UV 坐标：

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// 声明 CubeMap
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TEXTURECUBE(_CubeMap);
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SAMPLER(sampler_CubeMap);
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// 使用反射方向采样 CubeMap
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half3 reflection = SAMPLE_TEXTURECUBE(_CubeMap, sampler_CubeMap, reflectDir).rgb;

主要应用场景#

反射（Reflection）#

通过计算视线相对于表面法线的反射向量，从 CubeMap 对应方向采样，模拟镜面反射环境：

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// 在顶点着色器中计算反射方向（性能更好）
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OUT.reflectDir = reflect(-viewDirWS, normalWS);
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// 在片元着色器中采样
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half3 reflCol = SAMPLE_TEXTURECUBE(_CubeMap, sampler_CubeMap, reflectDir).rgb;

反射方向在顶点着色器中计算（而非片元着色器）是出于性能考虑，两者效果差异通常很小。

折射（Refraction）#

基于斯涅尔定律（Snell’s Law）计算折射方向：

n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2

其中 $n_1$ 、 $n_2$ 是两种介质的折射率， $\theta_1$ 、 $\theta_2$ 是入射角和折射角。HLSL 内置了 refract() 函数来完成这个计算。

天空盒（Skybox）#

Unity 的天空盒本质上就是一个包裹整个场景的超大 CubeMap，渲染在 Background 队列（队列索引 1000），最先渲染。

与渲染纹理结合#

在动态反射场景中，可以将场景实时渲染到 CubeMap（Render Texture），然后在反射 Shader 中采样，实现动态环境反射。比静态 CubeMap 效果更真实，但性能消耗更高。

在 Unity Inspector 中的属性类型#

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// Shader Properties 中声明 CubeMap
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_CubeMap("Reflection Cubemap", Cube) = "_Skybox" {}

"_Skybox" 表示默认使用当前场景的天空盒。