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Libgdx New 3D API 教程之 -- 加载3D场景的背后-第二部分

2024-08-06 09:50:08   227人阅读

http://bbs.9ria.com/thread-221699-1-1.html

 

在本教程的第一部分，我们已经看过LibGDX 3D API中Model类的总体结构。在第2部分中，我们将会分析渲染管道，从加载模型开始，到真正的渲染模型。我们将不会在渲染管道的某个问题上进行深入探讨。我们只会介绍一些非常基本的内容，这是我觉得你使用3D API时，应该了解的。

　　在这一部分，我们要分析渲染究竟做了什么。明白我们在渲染时所做的事很重要。在前一部分本教程，我们已经看到，一个Model是由很多个Node组成，而Node由NodePart组成。一个NodePart是组成模型最小的部分，包含了所有在渲染时所需要的信息。它包含一个MeshPart，描述要渲染什么（形状）,它包含一个Material，描述应该如何渲染。阅读这一部分教程时，一定要记得这些概念。

　　我们以Loading a scene with Libgdx的教程为基础（参考译文：使用Libgdx加载3D场景）。我们需要拆开代码，来看一看场景后面的实际情况，因此，你可以需要备份，或复制一份以进行新的工作，这里给出参考代码：

  1. public class SceneTest implements ApplicationListener {
  2. public PerspectiveCamera cam;
  3. public CameraInputController camController;
  4. public ModelBatch modelBatch;
  5. public AssetManager assets;
  6. public Array<ModelInstance> instances = new Array<ModelInstance>();
  7. public Lights lights;
  8. public boolean loading;
  10. public Array<ModelInstance> blocks = new Array<ModelInstance>();
  11. public Array<ModelInstance> invaders = new Array<ModelInstance>();
  12. public ModelInstance ship;
  13. public ModelInstance space;
  15. @Override
  16. public void create () {
  17. modelBatch = new ModelBatch();
  18. lights = new Lights();
  19. lights.ambientLight.set(0.4f, 0.4f, 0.4f, 1f);
  20. lights.add(new DirectionalLight().set(0.8f, 0.8f, 0.8f, -1f, -0.8f, -0.2f));
  22. cam = new PerspectiveCamera(67, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
  23. cam.position.set(0f, 7f, 10f);
  24. cam.lookAt(0,0,0);
  25. cam.near = 0.1f;
  26. cam.far = 300f;
  27. cam.update();
  29. camController = new CameraInputController(cam);
  30. Gdx.input.setInputProcessor(camController);
  32. assets = new AssetManager();
  33. assets.load("data/invaders.g3db", Model.class);
  34. loading = true;
  35. }
  37. private void doneLoading() {
  38. Model model = assets.get("data/invaders.g3db", Model.class);
  39. for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
  40. String id = model.nodes.get(i).id;
  41. ModelInstance instance = new ModelInstance(model, id);
  42. Node node = instance.getNode(id);
  44. instance.transform.set(node.globalTransform);
  45. node.translation.set(0,0,0);
  46. node.scale.set(1,1,1);
  47. node.rotation.idt();
  48. instance.calculateTransforms();
  50. if (id.equals("space")) {
  51. space = instance;
  52. continue;
  53. }
  55. instances.add(instance);
  57. if (id.equals("ship"))
  58. ship = instance;
  59. else if (id.startsWith("block"))
  60. blocks.add(instance);
  61. else if (id.startsWith("invader"))
  62. invaders.add(instance);
  63. }
  65. loading = false;
  66. }
  68. @Override
  69. public void render () {
  70. if (loading && assets.update())
  71. doneLoading();
  72. camController.update();
  74. Gdx.gl.glViewport(0, 0, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
  75. Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  77. modelBatch.begin(cam);
  78. for (ModelInstance instance : instances)
  79. modelBatch.render(instance, lights);
  80. if (space != null)
  81. modelBatch.render(space);
  82. modelBatch.end();
  83. }
  85. @Override
  86. public void dispose () {
  87. modelBatch.dispose();
  88. instances.clear();
  89. assets.dispose();
  90. }
  92. @Override public void resume () {}
  93. @Override public void resize (int width, int height) {}
  94. @Override public void pause () {}
  95. @Override public void dispose () {}
  96. }
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　　在代码中，我们通过AssetManager来加载Model，在大多数情况下，这都是最好的办法。但有时，你可能需要对加载过程有更多的控制。所以，这次我们把AssetMnager删掉。

  1. public class SceneTest implements ApplicationListener {
  2. public PerspectiveCamera cam;
  3. public CameraInputController camController;
  4. public ModelBatch modelBatch;
  5. public Model model;
  6. public Array<ModelInstance> instances = new Array<ModelInstance>();
  7. public Lights lights;
  8. ...
  10. @Override
  11. public void create () {
  12. ...
  13. Gdx.input.setInputProcessor(camController);
  15. ModelLoader modelLoader = new G3dModelLoader(new JsonReader());
  16. ModelData modelData = http://www.mamicode.com/modelLoader.loadModelData(Gdx.files.internal("data/invaders.g3dj"));
  17. model = new Model(modelData, new TextureProvider.FileTextureProvider());
  18. doneLoading();
  19. }
  21. private void doneLoading() {
  22. for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
  23. ...
  24. }
  25. }
  27. @Override
  28. public void render () {
  29. camController.update();
  30. ...
  31. }
  33. @Override
  34. public void dispose () {
  35. modelBatch.dispose();
  36. instances.clear();
  37. model.dispose();
  38. }
  39. ...
  40. }
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　　我们删掉了AssetManager，并通过手动的方式来加载Model，所以，我们在Model加载完成后，调用了doneLoading()。我们这里还是调用了在之前教程中创建的invaders.g3dj，而不是invaders.g3db。所以，确保你把这个文件拷贝到了项目里的assets文件夹中。现在看一下加载部分代码：

  1. ModelLoader modelLoader = new G3dModelLoader(new JsonReader());
  2. ModelData modelData = http://www.mamicode.com/modelLoader.loadModelData(Gdx.files.internal("data/invaders.g3dj"));
  3. model = new Model(modelData, new TextureProvider.FileTextureProvider());
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　　我们创建了一个ModelLoader，这个在之前的使用Libgdx加载3D场景一讲中已经用到过。但我们不再使用ObjLoader，而是创建G3dModelLoader。我们传一个JsonReader参数给构造函数，因为invader.g3dj就是一个json文件。如果是g3db，那你可以使用UBJsonReader。

　　然后，加载ModelData。ModelData类中，包含了模型的原始数据，本质上，这个类与我们之前分析过的文件格式是一一对应的。它不含有任何源文件，如它有一个float数组来表示Mesh，用文件名来指定纹理，而不是包含文件本身。所以，现阶段，不管Model class，或其他资源文件如何，你都可以随意修改它。

　　结尾，在create()方法的最后一行，我们通过刚刚得到的ModelData，创建了一个Model对象。我们还传进去一个TextureProvider参数，我们要用它来加载纹理文件。想要更多的控制加载过程，你可以自己实现TextureProvider接口。如果通过AssetManager来加载模型，那加载纹理也可以通过AssetManager。现在Model和它的资源，如Meshes和Textures，都已经加载了。还有，Model也可用于最后的资源回收（disposing）。

　　现在来看看Materials怎么玩:

  1. private void doneLoading() {
  2. Material blockMaterial = model.getNode("block1").parts.get(0).material;
  3. ColorAttribute colorAttribute = (ColorAttribute)blockMaterial.get(ColorAttribute.Diffuse);
  4. colorAttribute.color.set(Color.YELLOW);
  5. for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
  6. ...
  7. }
  8. }
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　　第一行，我们得到了模型的block1节点（Node），这是我们已知的。得到它的第一个node-part，与它的material。我们在前几章看到过，这个material其实就是block_default1的一个引用，而它会被所有的block节点共享使用。所以，改变这个值，所有的block就都跟着变了。第二行，我们拿到material的Diffuse ColorAttribute，也是我们一早知道的。最后设置成黄色。

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　　这看起来需要对模型文件有很详细的了解，让我们看看另一种方法：

  1. private void doneLoading() {
  2. Material blockMaterial = model.getMaterial("block_default1");
  3. blockMaterial.set(ColorAttribute.createDiffuse(Color.YELLOW));
  4. for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
  5. ...
  6. }
  7. }
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　　同样的结果，但我们通过ID直接得到了material。并且，我们没有去得到当前的diffuse color值，而只是设置。这样，如果这个材质里没有这个属性，就添加上去，如果有，就覆盖。

　　改变模型材质，会影响到改变后创建的ModelInstance。你可以为每一个instance做改变：

  1. private void doneLoading() {
  2. for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
  3. ...
  4. }
  5. for (ModelInstance block : blocks) {
  6. float r = 0.5f + 0.5f * (float)Math.random();
  7. float g = 0.5f + 0.5f * (float)Math.random();
  8. float b = 0.5f + 0.5f * (float)Math.random();
  9. block.materials.get(0).set(ColorAttribute.createDiffuse(r, g, b, 1));
  10. }
  11. }
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　　没有通过节点，也没有通过ID，我们只是拿到第一个材质，因为ModelInstance也需要指定一个Material:

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　　之前，通过查看G3DJ文件，我们看过Model的结构了，现在来看看ModelInstance class.

  1. public class ModelInstance implements RenderableProvider {
  2. public final Array<Material> materials = new Array<Material>();
  3. public final Array<Node> nodes = new Array<Node>();
  4. public final Array<Animation> animations = new Array<Animation>();
  5. public final Model model;
  6. public Matrix4 transform;
  7. public Object userData;
  8. ...
  9. }
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　　和Model差不多，它有Material，Node，和Animation的数组各一个。这些是在构建ModelInstance对象时，从Model对象中复制过来的，这样，你在改变ModelInstance的时候，不会影响到Model对象。若你在创建ModelInstances的时候，指定了Node ID，将仅有指定的material和animation，被复制到ModelInstance中，也仅作用于这一个ModelInstance对象。因此，好像我们已经创建的Block ModelInstance对象一样，我们知道，第一个material，只会对指定的block node有影响。

　　注意，与Model类不同的地方，ModelInstance不包括Mesh和MeshPart数组。这些没被复制过来，取而代之的是指定Node(NodePart)的引用。所以，Meshes中的信息是被多个Model Instances共享的。对于材质中可能包含的纹理也是这样。

　　在ModelInstance类中的Model，是在创建ModelInstance时建立的指向Model的一个引用。transform代表了这个ModelInstance的position(位置), rotation(旋转), 和scale(缩放)信息。这些知识，在之前加载场景的那一篇教程中都看过了。值得一提的是，这个值不是final的，所以，需要的话，你可以指定一个Matrix4引用。最后，userData是一个用户可以自定义的值，设置任何你想要的数据在这里。比如，你可以为你的shader放一些instructions.(我对shader不了解，不会译咯: supply extra instructions to your shader)。

　　ModelInstance是由RenderableProvider接口实现而来。当我们调用modelBatch.render(instance, lights)时，ModelBatch看的是这是不是一个RenderableProvider对象，而不是ModelInstance。任何一个继承于RenderableProvider的类，都可以提供可渲染的对象给ModelBatch。看一看 Renderable 类：

  1. public class Renderable {
  2. /** the model transform **/
  3. public final Matrix4 worldTransform = new Matrix4();
  4. /** the mesh to render **/
  5. public Mesh mesh;
  6. /** the offset into the mesh‘s indices **/
  7. public int meshPartOffset;
  8. /** the number of indices/vertices to use **/
  9. public int meshPartSize;
  10. /** the primitive type, encoded as an OpenGL constant, like {@link GL20#GL_TRIANGLES} **/
  11. public int primitiveType;
  12. /** the material to be applied to the mesh **/
  13. public Material material;
  14. /** the bones transformations used for skinning, or null if not applicable */
  15. public Matrix4 bones[];
  16. /** the lights to be used to render this Renderable, may be null **/
  17. public Lights lights;
  18. /** the Shader to be used to render this Renderable, may be null **/
  19. public Shader shader;
  20. /** user definable value. */
  21. public Object userData;
  22. }
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　　对比以前看到的NodePart，它是是一个模型最小的单位，描述了应该怎么渲染这个模型，模型含有一个MeshPart和一个Material。而Renderable对象，也有这三个值，同时，还定义了transform, lights, shader和userData。所以，当你调用ModelBatch.render(ModelInstance)时，这个ModelInstance中所有的node parts都会被转换成Renderable实例，并传送给ModelBatch. 我们手动实现一下：

  1. public class RenderableTest implements ApplicationListener {
  2. public PerspectiveCamera cam;
  3. public CameraInputController camController;
  4. public ModelBatch modelBatch;
  5. public Model model;
  6. public Lights lights;
  7. public Renderable renderable;
  9. @Override
  10. public void create () {
  11. ...
  12. cam.position.set(2f, 2f, 2f);
  13. ...
  14. model = new Model(modelData, new TextureProvider.FileTextureProvider());
  16. NodePart blockPart = model.getNode("ship").parts.get(0);
  18. renderable = new Renderable();
  19. renderable.mesh = blockPart.meshPart.mesh;
  20. renderable.meshPartOffset = blockPart.meshPart.indexOffset;
  21. renderable.meshPartSize = blockPart.meshPart.numVertices;
  22. renderable.primitiveType = blockPart.meshPart.primitiveType;
  23. renderable.material = blockPart.material;
  24. renderable.lights = lights;
  25. renderable.worldTransform.idt();
  26. }
  28. @Override
  29. public void render () {
  30. camController.update();
  32. Gdx.gl.glViewport(0, 0, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
  33. Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  35. modelBatch.begin(cam);
  36. modelBatch.render(renderable);
  37. modelBatch.end();
  38. }
  40. @Override
  41. public void dispose () {
  42. modelBatch.dispose();
  43. model.dispose();
  44. }
  45. ...
  46. }
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　　这里，我们像以前一样，加载了，invaders.g3dj，但我们要取得ship节点的第一个NodePart。通过它，我们创建了一个Renderable对象，设定了一系列相应的值。同时我们设定了light，将worldTransform的位移设定回了原点。没有旋转，和缩放。我们移除了ModelInstances，取而代之的是，在render方法中，我们只将renderable对象，传给了ModelBatch。我把镜头向原点拉近了一些，可以看得清楚些。

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　　一个ModelInstance限制了它所包含的renderable对象，而ModelBatch负责渲染这些renderable对象。事实上，渲染还不是ModelBatch做的，它仅仅是将Renderable排个序，最优化Renderable的渲染顺序，然后将他们传给可渲染的shader。如果没指定，或者指定了不合适的shader，那ModelBatch会帮你创建一个。通过调用ShaderProvider来获得一个shader。这里我们暂时还不深入，但是你可以记下，你可以在创建ModelBatch时，指定你自己的ShaderProvider。

　　所以，我们知道了，Shader才是负责渲染Renderable对象的。它会负责一切渲染的工作，来呈现你的Renderable对象。叫法可能不同，建议称之为OpenGL ES 1.x shader。对于OpenGL ES 2.0来说，它还封装了一个ShaderProgram，并且对于不同的Renderable对象，可以设计相应的uniforms和attributes。

  1. public class RenderableTest implements ApplicationListener {
  2. public PerspectiveCamera cam;
  3. public CameraInputController camController;
  4. public Shader shader;
  5. public RenderContext renderContext;
  6. public Model model;
  7. public Lights lights;
  8. public Renderable renderable;
  10. @Override
  11. public void create () {
  12. lights = new Lights();
  13. ...
  14. model = new Model(modelData, new TextureProvider.FileTextureProvider());
  16. NodePart blockPart = model.getNode("ship").parts.get(0);
  18. renderable = new Renderable();
  19. renderable.mesh = blockPart.meshPart.mesh;
  20. renderable.meshPartOffset = blockPart.meshPart.indexOffset;
  21. renderable.meshPartSize = blockPart.meshPart.numVertices;
  22. renderable.primitiveType = blockPart.meshPart.primitiveType;
  23. renderable.material = blockPart.material;
  24. renderable.lights = lights;
  25. renderable.worldTransform.idt();
  27. renderContext = new RenderContext(new DefaultTextureBinder(DefaultTextureBinder.WEIGHTED, 1));
  28. shader = new DefaultShader(renderable.material,
  29. renderable.mesh.getVertexAttributes(),
  30. true, false, 1, 0, 0, 0);
  31. shader.init();
  32. }
  34. @Override
  35. public void render () {
  36. camController.update();
  38. Gdx.gl.glViewport(0, 0, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
  39. Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  41. renderContext.begin();
  42. shader.begin(cam, renderContext);
  43. shader.render(renderable);
  44. shader.end();
  45. renderContext.end();
  46. }
  48. @Override
  49. public void dispose () {
  50. shader.dispose();
  51. model.dispose();
  52. }
  53. ...
  54. }
复制代码


　　上面的代码中，我们删掉了ModelBatch, 并且添加了一个RenderContext和Shader。RenderContext保存了OpenGL的状态信息，从而避免了shader切换时的状态改变。例如，已经绑定了一个Texture，不用再次绑定了，我们使用一个包含了纹理绑定信息的DefaultTextureBinder来构造一个RenderContext，从而避免了再次绑定纹理。然后， 我们通过一些参数，如灯光什么的，新建一个shader作为DefaultShader。注意，DefaultShader是OpenGL ES 2.0的，所以你要启用你的GLES20，才能让这个有效。
在Render方法中，我们调用了renderContext.begin()，这可以保证context是在初始化的状态，然后，我们调用了shader.begin()来告诉shader，工作开始了，你需要做好渲染对象的准备。这会设置一些全局的uniforms，比如透视矩阵什么的。之后，使用shader来渲染renderable对象。最后调用shader.end()和renderContext.end()来结束渲染。

总结：

  • ModelInstance包含了：一组nodes的复本、模型的材质。但比如Meshes和Textures，这些属性都只是那些资源的引用。
  • ModelInstance会为自己包含的每一个NodePart创建Renderable实例。
  • Renderable，是传给渲染管道的最小的渲染单位。
  • ModelBatch保存了渲染每一个Renderable对象的Shader，将renderable对象排序，是为了最优化渲染顺序。
  • Shader负责渲染Renderable对象。每多应用中，都要使用到多个shader，每个shader都负责一个唯一的ShaderProgram(GLSL program)。
  • RenderContext是用来保存OpenGL 上下文的，比如纹理的绑定状态。



　　原文地址：http://blog.csdn.net/q26335804/article/details/9162461

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