为什么人们不使用四面体作为天空盒？

Question

在 3D 游戏中渲染固定纹理的天空时，人们通常会先在立方体贴图中创建 6 个纹理，然后在相机周围渲染一个立方体。在 GLSL 中，您可以使用法线而不是纹理坐标访问纹理中的像素，并且您可以通过标准化片段相对于相机的位置来轻松获得此法线。然而，这个过程可以用相机周围的任何形状来完成，因为当你标准化每个位置时，它总是会产生一个球体。 现在我想知道：为什么它总是立方体而不是四面体？渲染一个立方体需要 12 个三角形，一个四面体只需要 4 个。正如我已经说过的，任何围绕相机的形状都可以。所以四面体占用更少的 VRAM 并且渲染速度更快，没有任何缺点？为什么不使用它们？

Answer 1

是视野深度和形状的问题

最好的 天空盒 形状是（半）球体，因为它的渲染表面投影到相机 space 几乎没有扭曲。如果您使用任何其他形状，那么投影伪像会出现，尤其是在角上，例如大多数 Apps/Games 使用立方体 天空盒 。查看具有有限半径（不仅仅是单个点）的太阳并旋转视图，使太阳从视图的中间到侧面。然后通常太阳会从 circular/disc 形状变形为 elliptic/oval 形状：

这是由于 skybox 和 camera 之间的距离变化所致。如果将其与直接渲染的星星进行比较：

那你就可以看出区别了。第一张图片是 google 找到的第一张相关图片（来自某些游戏），第二张是我认为 Space 工程师的屏幕截图，最后一张是我的 astro 应用程序渲染的
所以形状离球体越远，变形就越多。

使用 4 面金字塔比立方体更糟糕，因为边之间的角度更差，会产生更大的伪影。另一个问题是你需要更大尺寸的金字塔来覆盖相同的 space。如果在 skybox 渲染期间出于某种目的使用 Depth Buffer，则可以通过增加 Z_far[= 来显着影响精度59=]平面.

开销

6 和 4 个多边形之间的差异并不大，因为 skybox 很大（覆盖整个视图）速度主要由 pixel/texel 字段的数量决定筛选不是顶点数。所以金字塔可能比立方体更慢，因为它需要有更大的面（需要更多的插值器迭代）。但是如果你想使用球形 skybox 那么你还需要球形纹理，因为如果你使用标准立方体纹理，失真仍然存在并且这些更难维护创建，...这就是立方体被更多使用的原因。

球形天空盒

他们需要不同类型的纹理。半球形纹理看起来像这样：

Answer 2

您根本不需要一些环境几何。您需要做的就是绘制一个 全屏四边形 ，然后为其计算正确的纹理坐标。现在有了现代 GL，我们甚至不需要为此提供顶点数据，我们可以使用 attributless 渲染：

顶点着色器：

#version 330 core
out vec3 dir;
uniform mat4 invPV;
void main()
{
        vec2 pos  = vec2( (gl_VertexID & 2)>>1, 1 - (gl_VertexID & 1)) * 2.0 - 1.0;
        vec4 front= invPV * vec4(pos, -1.0, 1.0);
        vec4 back = invPV * vec4(pos,  1.0, 1.0);

        dir=back.xyz / back.w - front.xyz / front.w;
        gl_Position = vec4(pos,1.0,1.0);
}

其中 invPV 是 inverse(Projection*View)，因此它会考虑您的相机方向和投影。原则上这可以进一步简化，具体取决于您可以对投影矩阵施加多少约束。

片段着色器：

#version 330 core
in vec3 dir;
out color;
uniform samplerCube uTexEnv;
void main()
{
        color=texture(uTexEnv, dir);
}

要使用它，您只需绑定一个空的 VAO 和您的纹理，上传您的 invPV 矩阵并调用 glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4).

这种方法当然可以用于球形纹理贴图而不是立方体贴图

为什么人们不使用四面体作为天空盒？

Why don't people use tetrahedrons for skyboxes?

opengl

3d

graphics

glsl

skybox