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title: Defold 材质教程

brief: 本教程介绍了如何使用材质, 着色器常量和采样.

材质

材质用以表达可视元素 (sprite, tilemap, font, GUI node, model 等等) 应该如何被渲染.

材质包含 tags, 用来在渲染过程中作为选择渲染对象的依据. 材质还具有 shader programs 这是通过显卡驱动编译好并上传至显卡每帧渲染时要使用的程序.

创建材质

要创建材质, 在 Assets 浏览器里目标文件夹上 右键点击 然后选择 New... ▸ Material. (还可以从菜单选择 File ▸ New... , 再选择 Material). 给材质命名并点击 Ok.

Material file{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

新材质会在 材质编辑器 里打开.

Material editor{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

材质文件包含以下信息:

Name : 材质的 id. 此名称将列于材质 渲染 资源内并编译进游戏中. 渲染 API 函数 render.enable_material() 也是使用这个名称. 此名称不能与其他名称重名.

Vertex Program : 顶点着色器程序 (.vp) 在渲染材质时使用. 顶点着色器运行于 GPU 以渲染每个组件的顶点. 它会计算顶点的屏幕位置然后经过插值输出 "变化后" 的变量输入给片元着色器程序.

Fragment Program : 片元着色器程序 (.fp) 在渲染材质时使用. 片元着色器运行于 GPU 以渲染每个组件的片元 (像素) 其目的是决定片元的颜色. 通常使用采样纹理或者基于输入变量 (可变变量或常量) 计算的方法得到结果.

Vertex Constants : 传输给顶点着色器程序的数据. 有效常量列表见下文.

Fragment Constants : 传输给片元着色器程序的数据. 有效常量列表见下文.

Samplers : 你也可以在材质文件里指定采样器. 添加采样器, 赋予其在着色器程序里使用的名字再在链接上设置包裹和过滤.

Tags : 标签与材质相关. 标签在引擎内部表现为 bitmask 并由 render.predicate() 来收集需要渲染的组件. 如何渲染请见 Render documentation. 每个项目最多可以使用32个标签.

着色器常量

着色器常量, 或称 "uniforms" 是从引擎传输给顶点和片元着色器程序的数据. 要使用常量,您可以在材质文件中将其定义为一个 顶点常量 属性或 片元常量 属性.需要在着色器程序中定义相应的 uniform 变量.材质中可以设置以下常量：

CONSTANT_TYPE_WORLD : 世界矩阵. 用来把顶点转换为世界坐标. 有的组件类型, 由于合批的应用它们到达顶点着色程序时已经是世界坐标的了. 在这些情况下,用着色器程序把世界矩阵再乘一遍就会产生错误的结果.

CONSTANT_TYPE_VIEW : 视图矩阵. 用于转换顶点为视口（相机）空间坐标.

CONSTANT_TYPE_PROJECTION : 映射矩阵. 用于将顶点转换为屏幕空间坐标.

CONSTANT_TYPE_VIEWPROJ : 视口与其映射矩阵相乘后的矩阵.

CONSTANT_TYPE_WORLDVIEW : 世界与视口映射矩阵相乘后的矩阵.

CONSTANT_TYPE_NORMAL : 用于计算法方向的矩阵. 世界移动转换可能包含非等比缩放, 这样会打破世界-视口转换的正交性. 变换法线时使用发方向可以避免这个问题. (法矩阵是世界-视口矩阵的转置逆).

CONSTANT_TYPE_USER : 一个 vector4 常量用以向你的着色程序传递自定义数据. 定义时可以赋初值, 可以通过各组件 (sprite, model, spine, particlefx 和 tilemap) 的 .set_constant() 和 .reset_constant() 函数来改变其值. 改变单个组件实例的材质参数会 打破合批增加drawcall.

举例:

go.set("#sprite", "tint", vmath.vector4(1,0,0,1))

go.animate("#sprite", "tint", go.PLAYBACK_LOOP_PINGPONG, vmath.vector4(1,0,0,1), go.EASING_LINEAR, 2)

采样器

采样器用于从纹理 (瓷砖图源或者图集) 中取得颜色数据. 颜色数据用于在着色器程序中参与计算.

Sprite, tilemap, GUI 和 particle effect 组件自动获得 sampler2D 集. 着色程序里第一个声明的 sampler2D 与可视组件所引用的图片自动绑定. 也就是说这些组件不用特地指定材质文件. 而且目前这些组件只支持一个纹理. (如需在着色器中使用多纹理, 可以使用 render.enable_texture() 在渲染脚本中手动设置采样器.)

Sprite sampler{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

-- mysprite.fp
varying mediump vec2 var_texcoord0;
uniform lowp sampler2D MY_SAMPLER;
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(MY_SAMPLER, var_texcoord0.xy);
}

在材质文件中添加取样器名就指定了一个采样器. 要是材质文件里没有指定, 会使用项目全局设置里的 graphics 设置.

Sampler settings{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

对于3D模型组件, 还要在材质文件里设置采样器属性. 之后编辑器会让你选择使用该材质的3D模型纹理:

Model samplers{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

-- mymodel.fp
varying mediump vec2 var_texcoord0;
uniform lowp sampler2D TEXTURE_1;
uniform lowp sampler2D TEXTURE_2;
void main()
{
    lowp vec4 color1 = texture2D(TEXTURE_1, var_texcoord0.xy);
    lowp vec4 color2 = texture2D(TEXTURE_2, var_texcoord0.xy);
    gl_FragColor = color1 * color2;
}

Model{srcset="images/materials/[email protected] 2x"}

采样器设置

Name : 采样器名. 需要与片元着色器中定义的 sampler2D 变量名相匹配.

Wrap U/V : U V 轴向上的包裹模式:

  • WRAP_MODE_REPEAT [0,1] 范围之外重复纹理.
  • WRAP_MODE_MIRRORED_REPEAT [0,1] 范围之外重复纹理, 但是再次重复时使用镜像的纹理.
  • WRAP_MODE_CLAMP_TO_EDGE 把大于 1.0 的值设置为 1.0, 小于 0.0 的值设置为 0.0---也就是说边缘的纹理会扩展开去.

Filter Min/Mag : 缩放过滤. 就近过滤比线性插值过滤省资源, 但是可能产生不良效果. 一般线性插值过滤结果比较平滑:

  • FILTER_MODE_NEAREST 使用位于像素中心最近的图素.
  • FILTER_MODE_LINEAR 使用位于像素中心最近的的2x2图素矩阵的加权线性平均值.
  • FILTER_MODE_NEAREST_MIPMAP_NEAREST 使用位于单个mipmap上最近的图素值.
  • FILTER_MODE_NEAREST_MIPMAP_LINEAR 在最近的两个mipmap中选出最近的两个图素再进行线性插值.
  • FILTER_MODE_LINEAR_MIPMAP_NEAREST 在单个mipmap里线性插值.
  • FILTER_MODE_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 使用线性插值分别计算两个mipmap再把两个结果进行线性插值.

常量缓存

渲染管线工作时, 默认会从系统常量缓存中拉取数据. 也可以建立自定义缓存再把着色器参数在渲染脚本里填充进缓存里去:

self.constants = render.constant_buffer() -- <1>
self.constants.tint = vmath.vector4(1, 0, 0, 1) -- <2>
...
render.draw(self.my_pred, {constants = self.constants}) -- <3>
  1. 新建常量缓存
  2. 设置 tint 常量为白色
  3. 使用自定义常量进行渲染

注意常量缓存就是一个普通的 Lua 表, 只是不能使用 pairs() 或 ipairs() 来进行迭代.