立方体贴图由6个2D纹理（Texture2D）组成的立方体纹理，每个纹理对应一个面。可以通过一个方向向量进行索引采样，2D纹理是通过一个2D纹理坐标进行采样。
OpenGL_立方体贴图（Cubemap） - 图1
注意是方向向量，即不需要知道大小，OpenGL通过方向向量获取“击中”的纹理像素，并返回对应的采样纹理值。假设立方体的中心刚好位于坐标原点，则可由用立方体表面任意坐标值作为方向向量进行采样。代码示例如下：


// 立方体贴图的加载，和普通2D纹理加载过程类似，有些许不同的地方
GLuint createTextureCubemap( const std::vector<std::string> &path)
{
    GLuint textureID;
    glGenTextures( 1, &textureID );
    glBindTexture( GL_TEXTURE_CUBE_MAP, textureID );        // 对应普通2D纹理的GL_TEXTURE_2D
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR );
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR );
    // 方向向量可能刚好指向两个纹理面之间，由于硬件限制，可能会导致无法击中这两个面。
    // 设置为GL_CLAMP_TO_EDGE，返回边界值。
    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 );
    // 纹理第三个维度（位置的Z坐标）
    glTexParameteri( GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_WRAP_R, GL_CLAMP_TO_EDGE );
    GLint width, height, nrChannels;
    for( size_t i = 0; i < path.size(); i++ )    // 需要加载6张2D纹理
    {
        unsigned char *data = stbi_load( path[i].c_str(),
                                         &width, &height,
                                         &nrChannels, 0 );
        if( data )
        {
            GLenum format = nrChannels == 1 ? GL_RED :
                            nrChannels == 3 ? GL_RGB :
                            nrChannels == 4 ? GL_RGBA :
                            GL_RGB;
            // 6个纹理的ID
            // “右”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 0
            // “左”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 1
            // “上”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 2
            // “下”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 3
            // “前”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 4
            // “后”纹理：GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + 5
            glTexImage2D( GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i,
                          0,                    // mipmap level，0表示一级，如果有多级，需要挨个单独设置
                          format,               // 告诉 OpenGL 我们希望把纹理储存为何种格式
                          width, height,        // 纹理宽高
                          0,                    // 总为0，历史遗留问题
                          format,               // 图像像素的分量组成
                          GL_UNSIGNED_BYTE,     // 每个像素分量的大小
                          data );               // 内存中的图像数据
        }
        else
        {
            cout << "Failed to load texture::" << path[i] << endl;
        }
        stbi_image_free( data );                // 纹理数据已经上传到显存中，内存中的数据可以删除了。
    }
    glBindTexture( GL_TEXTURE_2D, 0 );      // 恢复成默认
    return textureID;
}

在片段着色器中：


in vec3 textureDir;                // 代表3D纹理坐标的方向向量
uniform samplerCube cubemap;    // 立方体贴图的纹理采样器
void main()
{
    FragColor = texture(cubemap, textureDir);
}

一、天空盒（Skybox）

立体贴图技术完全可以用2D纹理贴图来实现，那它有什么用？有一些技术通过立体贴图实现起来会非常简单，其中一个就是天空盒。
天空盒是一个包含了整个场景的（大）立方体，它包含周围环境的6个图像，让玩家以为他处在一个比实际大得多的环境当中。游戏中使用天空盒的例子有群山、白云或星空。下面这张截图中展示的是星空的天空盒，它来自于『上古卷轴3』

立方体贴图能完美满足天空盒的需求：我们有一个6面的立方体，每个面都需要一个纹理。在上面的图片中，他们使用了夜空的几张图片，让玩家产生其位于广袤宇宙中的错觉，但实际上他只是在一个小小的盒子当中。
天空盒的实例代码见：https://github.com/JackieLong/OpenGL/tree/main/project_cubemap_test

二、环境映射

另外一个使用到立方体贴图的技术是环境映射（Environment Mapping），指的是将环境的颜色映射到物体表面，其中最流行的是：反射（Reflection）和折射（Refraction）。

1、反射

反射这个属性表现为物体（或物体的一部分）反射它周围环境，即根据观察者的视角，物体的颜色或多或少等于它的环境。镜子就是一个反射性物体：它会根据观察者的视角反射它周围的环境。物理模型如下：

代码实现示例如下：
在片段着色器中：


#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;        // 顶点坐标
layout (location = 1) in vec3 aNormal;    // 顶点法向量
out vec3 normal;
out vec3 fragPos;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main()
{
    normal         = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;        // 消除物体不规则缩放对法向量的影响
    fragPos     = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));                    // 统一转换到世界坐标中计算。
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

在顶点着色器中：


#version 330 core
in vec3 normal;            // 顶点法向量
in vec3 fragPos;        // 观察点（顶点或者片段）
uniform vec3         viewPos;    // 眼睛位置（摄像机位置）
uniform samplerCube cubemap;    // 立方体贴图
out vec4 FragColor;
void main()
{
    vec3 I       = normalize(fragPos - viewPos);    // I向量
    normal      = normalize(normal);                // 单位法向量
    vec3 R       = reflect(I, normal);                // 立方体贴图方向向量
    FragColor = vec4(texture(cubemap, R).rgb, 1.0);
}

2、折射

环境映射的另一种形式是折射，它和反射很相似。折射是光线由于传播介质的改变而产生的方向变化。折射是通过斯涅尔定律(Snell’s Law)来描述的：
$cubemaps_refraction_theory.png$
代码示例如下，在顶点着色器中：


#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;        // 顶点坐标
layout (location = 1) in vec3 aNormal;    // 顶点法向量
out vec3 normal;
out vec3 fragPos;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main()
{
    normal         = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;        // 消除物体不规则缩放对法向量的影响
    ragPos         = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));                    // 统一转换到世界坐标中计算。
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

在片段着色器中：


#version 330 core
in vec3 normal;                        // 顶点法向量
in vec3 fragPos;                    // 观察点（顶点或者片段）
uniform vec3         viewPos;        // 眼睛位置（摄像机位置）
uniform samplerCube cubemap;        // 立方体贴图
out vec4 FragColor;
const float refract_air   = 1.00;    // 光在空气中的折射率
const float refract_glass = 1.52;    // 光在玻璃中的折射率
const float ratio          = refract_air / refract_glass;    // 光从空气射入玻璃时的折射率
void main()
{
    vec3 I       = normalize(fragPos - viewPos);        // I向量
    normal      = normalize(normal);                    // 单位法向量
    vec3 R       = refract(I, normal, ratio);            // 立方体贴图方向向量
    FragColor = vec4(texture(cubemap, R).rgb, 1.0);
}

常见物质的折射率如下：

材质	折射率
空气	1.00
水	1.33
冰	1.309
玻璃	1.52
钻石	2.42

折射率越大，弯曲程度越大。

三、动态环境贴图

现在我们使用的都是静态图像的组合来作为天空盒，看起来很不错，但它没有在场景中包括可移动的物体。我们一直都没有注意到这一点，因为我们只使用了一个物体。如果我们有一个镜子一样的物体，周围还有多个物体，镜子中可见的只有天空盒，看起来就像它是场景中唯一一个物体一样。
通过使用帧缓冲，我们能够为物体的6个不同角度创建出场景的纹理，并在每个渲染迭代中将它们储存到一个立方体贴图中。之后我们就可以使用这个（动态生成的）立方体贴图来创建出更真实的，包含其它物体的，反射和折射表面了。这就叫做动态环境映射(Dynamic Environment Mapping)，因为我们动态创建了物体周围的立方体贴图，并将其用作环境贴图。
虽然它看起来很棒，但它有一个很大的缺点：我们需要为使用环境贴图的物体渲染场景6次，这是对程序是非常大的性能开销。现代的程序通常会尽可能使用天空盒，并在可能的时候使用预编译的立方体贴图，只要它们能产生一点动态环境贴图的效果。虽然动态环境贴图是一个很棒的技术，但是要想在不降低性能的情况下让它工作还是需要非常多的技巧的。