概念页
环境贴图
Environment Mapping
把球面函数记录在一张或多张图像里、用纹理查找来解码，就是环境贴图。它比其他球面表示占内存多，但解码简单快速，能表达任意高频和任意动态范围。最基本的用法是反射贴图：假设镜面 BRDF，用反射视线向量查表。本页比较经纬度、球面、立方体、双抛物面和八面体等投影。
反射贴图
- 前提：入射辐亮度只依赖方向，即被反射的物体和灯光足够远，且反射体不反射自身。环境贴图通常存 HDR 辐亮度，每纹素位数多，占空间、访问也更慢。
- 反射视线向量 ，镜面反射方程 。注意这里菲涅耳用的是 与 （等于 与 ）的夹角，而不是半向量。
- 流程：生成或载入环境纹理 → 每像素求法线 → 求反射向量 → 由投影函数转为纹理坐标 → 取值作为入射辐亮度。
- 常见的坑：平面上反射向量只变化几度，一小块环境被拉到大面积上，效果差；需用带位置信息的方法或平面反射（第 11 章内容）。
- 与法线贴图结合效果尤其丰富；受限形式的凹凸环境贴图是消费级硬件上首个依赖纹理读取。
- 用真实场景 360° HDR 全景照明场景时称为基于图像的光照。
投影方式对比
| 投影 | 访问 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 经纬度（Blinn & Newell 1976） | ，（+z 向上） | 直观 | 两极纹素过多、过滤核不随拉伸变化，极点奇点处有瑕疵；反三角函数在 GPU 上贵。注意它保持纬线等距，与墨卡托不同 |
| 球面贴图（Williams；Miller & Hoffman） | ，， | 首个商用硬件支持的方式；计算简单；可拍镜面球（如圣诞球）得到，称光照探针 | 只对单一视线方向有效，换视角会放大局部并暴露边缘奇点；实践中跟随相机放在视图空间 |
| 立方体贴图（Greene 1986） | 任意向量直接作三维纹理坐标，无需归一化 | 当今最流行，硬件原生支持；与视角无关，采样比经纬度均匀；现代 GPU 能跨面正确过滤 | 老 GPU 面接缝需扩大视野角等技巧；isocube 采样更均匀 |
| 双抛物面（Heidrich & Seidel） | 按 符号选图，前图 ， | 比球面贴图甚至立方体更均匀 | 两张图接缝处需小心采样插值，访问更贵 |
| 八面体（方形布局） | $r'=r/( | r_x | + |
- 立方体贴图可在立方体中心以 90° 视野渲染 6 次生成（如《Forza Motorsport 7》随车辆位置更新），真实环境则把拼接全景投影到立方体坐标。
- 绕某轴径向对称的环境（如晴空）：Stone 用一维纹理存一条经线上的辐亮度；推广到二维时每行存一个用不同 Phong 瓣预卷积的版本。
球面贴图存着色结果与 MatCap
球面贴图在固定视线下每点也对应一个法线，因此可存任意各向同性 BRDF（漫反射、高光、逆反射等）的着色结果，只要光照和视线固定就正确，甚至可以用真实球的照片。用两张球面贴图分别以视图空间法线和反射向量索引、相加，就是 ZBrush 推广的 MatCap：便宜且有说服力，但光照随相机坐标系移动，与视角无关。
GEA 的视角：球面贴图与立方体贴图（卷 II 12.5.2、12.5.5）
- 在光栅化引擎中，借助预计算或动态生成的图像数据（通常是纹理）来近似部分间接光的技术，GEA 统称为基于图像的光照（卷 II 12.5.2，见 基于图像的光照）。
- 环境贴图像从场景中某个物体视角拍的全景照片，水平覆盖 360°，垂直覆盖 180° 或 360°，用来便宜地模拟反射和间接光（卷 II 12.5.2.1）。
- 取样方法：把相机到点 P 的光线绕 P 处法线反射，沿反射光线找到它与环境球或环境立方体的交点，用那里的纹素给 P 着色。
- 立方体贴图由上下左右前后六个方向的照片拼成，渲染时当作贴在以物体为中心、位于无穷远的盒子内壁上（卷 II 12.5.2.1）。这与本页 RTR4 的描述一致。
- 环境贴图在 GEA 中也是镜面物体反射周围环境的通用做法；镜子等平面的直接反射则把相机关于反射平面做镜像、从镜像视点渲染到纹理，第二遍再贴到反射面上，见 局部反射探针 的「平面反射」（卷 II 12.5.5）。
球面贴图的描述分歧（原书问题，12.5.2.1）：GEA 把球面环境贴图描述为"像透过鱼眼镜头拍的照片"，按球坐标寻址，赤道附近分辨率充足，越接近竖直方向，水平分辨率越低，最终退化成一个纹素，立方体贴图就是为了避免这个问题。这种"极点退化"其实是本页表中经纬度贴图的典型缺点；RTR4 的球面贴图（Williams、Miller & Hoffman，拍镜面球得到）的问题则是只对单一视线方向有效、换视角会暴露边缘奇点。两书所说的"球面贴图"不是同一种映射，阅读时应按本页表格区分（经纬度贴图：Blinn & Newell, CACM 1976；球面贴图：Miller & Hoffman, SIGGRAPH 1984 课程笔记；均见 RTR4 第 10.4.1 节）。此外 GEA 这段把"竖直（方位）角"与"水平（天顶）轴"的叫法用反了：按书中 12.2.3.1 的约定，偏离竖直方向的是极角（天顶角），绕竖直轴旋转的才是方位角。
出处
- realtime_rendering_4ed.pdf 第 10 章 Local Illumination
- Game_Engine_Architecture_4th_Edtion_Volume_2_-_Jason_Gregory.pdf
- Jason Gregory《Game Engine Architecture》第 4 版（2026）卷 II 第 12 章 12.5.2、12.5.5 节
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