Cocos2d-x 3.x 图形学渲染系列七

笔者介绍：姜雪伟，IT公司技术合伙人，IT高级讲师，CSDN社区专家，特邀编辑，畅销书作者，国家专利发明人;

已出版书籍：《手把手教你架构3D游戏引擎》电子工业出版社 和《Unity3D实战核心技术详解》电子工业出版社等。

3D核心模块是Cocos2D-x引擎中非常重要的，并且是与开发者交互最多的模块，游戏大部分逻辑的编写都与3D模块有关。先把该3D核心模块的架构展示如下图:

图中列出了3D核心模块的各个子模块组成，接下来把游戏编写逻辑经常使用的子模块给读者介绍，文中没有介绍到的子模块开发者可自行学习。

游戏中常用的天空盒一般分为三类：立方体、半球体、以及动态生成的天空盒，对于程序实现的难易度来说，立方体天空盒实现起来最容易，而Cocos2D-x引擎实现的就是立方体天空盒。CCSkybox子模块的实现原理是：使用六张贴图围成一个立方体盒子，官方提供了实现立方体天空盒的Demo，这六张贴图在Cocos2D-x引擎的Resources文件下有个sky文件夹，在其中有六张贴图，六张贴图之间是无缝拼接的，它的制作可以通过PhotoShop工具实现的，下面通过代码介绍它的实现过程，引擎创建天空盒函数如下所示：

Skybox* Skybox::create(const std::string& positive_x, const std::string& negative_x,const std::string& positive_y, const std::string& negative_y,const std::string& positive_z, const std::string& negative_z){auto ret = new (std::nothrow) Skybox();ret->init(positive_x, negative_x, positive_y, negative_y, positive_z, negative_z);ret->autorelease();return ret;}

开发者写逻辑时只需要调用该函数即可，在函数中设置了六个字符串参数用于加载六副贴图的路径，函数首先做的事情是初始化六张贴图，函数调用了Skybox类的init函数初始化，为了弄清楚它的实现，继续深入代码查看，init函数实现如下所示：

bool Skybox::init(const std::string& positive_x, const std::string& negative_x,const std::string& positive_y, const std::string& negative_y,const std::string& positive_z, const std::string& negative_z){auto texture = TextureCube::create(positive_x, negative_x, positive_y, negative_y, positive_z, negative_z);if (texture == nullptr)return false;init();setTexture(texture);return true;｝

在init函数中调用了TextureCube类的Create函数用于生成立方体纹理，创建立方体天空盒。再进入到TextureCube类的内部函数实现如下所示：

TextureCube* TextureCube::create(const std::string& positive_x, const std::string& negative_x,const std::string& positive_y, const std::string& negative_y,const std::string& positive_z, conststd::string& negative_z){auto ret = new (std::nothrow) TextureCube();if (ret && ret->init(positive_x, negative_x, positive_y, negative_y, positive_z, negative_z))    {        ret->autorelease();return ret;    }CC_SAFE_DELETE(ret);return nullptr;}

在create函数中继续调用init函数进行初始化，在这里也是告诉读者，引擎各个模块类的代码实现方式是类似的，这需要制定一个架构供引擎开发者按照这个框架模式编写代码，而不是每个人根据自己的想法随意搞一套，导致引擎的代码不利于维护，继续分析init函数内容如下所示。

bool TextureCube::init(const std::string& positive_x, const std::string& negative_x,const std::string& positive_y, const std::string& negative_y,const std::string& positive_z, const std::string& negative_z){_imgPath[0] = positive_x;_imgPath[1] = negative_x;_imgPath[2] = positive_y;_imgPath[3] = negative_y;_imgPath[4] = positive_z;_imgPath[5] = negative_z;std::vector<Image*> images(6);images[0] = createImage(positive_x);images[1] = createImage(negative_x);images[2] = createImage(positive_y);images[3] = createImage(negative_y);images[4] = createImage(positive_z);images[5] = createImage(negative_z);GLuint handle;glGenTextures(1, &handle);GL::bindTextureN(0, handle, GL_TEXTURE_CUBE_MAP);for (int i = 0; i <6; i++)    {Image* img = images[i];Texture2D::PixelFormat  ePixelFmt;unsigned char*   pData = getImageData(img, ePixelFmt);if (ePixelFmt == Texture2D::PixelFormat::RGBA8888 || ePixelFmt == Texture2D::PixelFormat::DEFAULT)        {glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i,0,   // 等级GL_RGBA,   // 内部格式                         img->getWidth(),    // 宽                         img->getHeight(),   // 高0,   // 边界GL_RGBA,   // 格式GL_UNSIGNED_BYTE,   // 类型            pData);   // 像素数据        }else if (ePixelFmt == Texture2D::PixelFormat::RGB888)        {glTexImage2D(GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X + i,0,   // 等级GL_RGB,   // 内部格式            img->getWidth(),    // 宽            img->getHeight(),   // 高0,   // 边界GL_RGB,   // 格式GL_UNSIGNED_BYTE,   // 类型            pData);   //像素数据        }if (pData != img->getData())delete[] pData;    }glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);glTexParameteri(GL_TEXTURE_CUBE_MAP, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);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);_name = handle;GL::bindTextureN(0, 0, GL_TEXTURE_CUBE_MAP);for (auto img: images)    {CC_SAFE_RELEASE(img);    }return true;}

函数的实现是将加载到的六张贴图通过OpenGL将它们拼接并绘制出来。在绘制天空盒时，需要设置贴图格式，从而避免贴图之间有较大的缝隙。

函数是在引擎内部实现的天空盒绘制，除了C++的编写，还需要在Shader中对顶点着色器和片段着色器的编写。在实际逻辑编写时，可充分利用Shader编程实现天空盒，在Cocos2d-x引擎中有顶点着色器和片段着色器用于天空盒的创建。以下是引擎实现天空盒的Shader代码，首先介绍天空盒的顶点着色器。文件cube_map.vert是天空盒顶点着色器，内容如下所示：

attribute vec4 a_position;attribute vec3 a_normal;varying vec3 v_reflect;void main(void){gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;// 计算反射vec4 positionWorldViewSpace = CC_MVMatrix * a_position;;vec3 vEyeVertex     = normalize(positionWorldViewSpace.xyz);vec3 v_normalVector = CC_NormalMatrix * a_normal;v_reflect           = normalize(reflect(-vEyeVertex, v_normalVector));}

顶点着色器主要是对天空盒立方体点的变换，将天空盒立方体的点通过模型、视口、投影矩阵将它们转换到投影空间，还需要计算摄像机朝向天空盒的方向，以及计算它们的反射，对于计算得到的反射参数，会传递给片段着色器文件中。文件cube_map.frag是天空盒的片段着色器，内容如下所示：

#ifdef GL_ESprecision mediump float;#endifvarying vec3 v_reflect;uniform samplerCube u_cubeTex;uniform vec4 u_color;void main(void){gl_FragColor = textureCube(u_cubeTex, v_reflect) * u_color;}

着色器通过textureCube函数计算获取颜色值，它的计算使用了v_reflect参数，它是通过顶点着色器传递过来的。以上两个Shader文件实现了天空盒的顶点着色器和片段着色器代码，接下来告诉读者如何在编写逻辑时调用该Shader代码，以下代码块是创建天空盒代码如下所示。

// 创建天空盒//创建和设置自定义Shaderauto shader = GLProgram::createWithFilenames("Sprite3DTest/cube_map.vert","Sprite3DTest/cube_map.frag");auto state = GLProgramState::create(shader);// 创建天空盒纹理图片_textureCube = TextureCube::create("Sprite3DTest/skybox/left.jpg","Sprite3DTest/skybox/right.jpg","Sprite3DTest/skybox/top.jpg","Sprite3DTest/skybox/bottom.jpg","Sprite3DTest/skybox/front.jpg","Sprite3DTest/skybox/back.jpg");//设置纹理参数Texture2D::TexParams tRepeatParams;    tRepeatParams.magFilter = GL_LINEAR;    tRepeatParams.minFilter = GL_LINEAR;    tRepeatParams.wrapS = GL_MIRRORED_REPEAT;    tRepeatParams.wrapT = GL_MIRRORED_REPEAT;_textureCube->setTexParameters(tRepeatParams);// 把纹理取样传递给上面编写的Shader    state->setUniformTexture("u_cubeTex", _textureCube);// 实现天空盒，同时设置其放大缩小。_skyBox = Skybox::create();_skyBox->setCameraMask(s_CM[LAYER_BACKGROUND]);_skyBox->setTexture(_textureCube);_skyBox->setScale(700.f);

实现思路：先加载天空盒的渲染Shader文件，再加载天空盒的六张贴图，并将其赋值给_textureCube传递给片段着色器中功能，为了方便其他程序调用，可将上述代码块封装在一个函数中专用于天空盒的创建实现，下面给读者展示官方提供的天空盒丝线效果图:

接下来再介绍创建球状天空盒，相对立方体天空盒来说比较繁琐，通常的做法是美术制作一个半球状天空盒，当然也可以通过程序实现，在这里把实现的效果给读者展示如下图

以上是关于天空盒的分享，希望对你有所帮助吧。