- 材质系统总览
- EffectAsset
- Material
- Builtins
材质系统总览
材质系统控制着每个模型最终的着色流程与顺序, 在引擎内相关类间结构如下:
EffectAsset
EffectAsset 是由用户书写的着色流程描述文件, 详细结构及书写指南可以参考这里.这里主要介绍引擎读取 EffectAsset 资源的流程:
在编辑器导入 EffectAsset 时, 会对用户书写的内容做一次预处理, 替换 GL 字符串为管线内常量, 提取 shader 信息, 转换 shader 版本等.还以 skybox.effect 为例, 预处理输出的 EffectAsset 结构大致是这样的:
{
"name": "pipeline/skybox",
"techniques": [
{"passes":[{"rasterizerState":{"cullMode":0}, "program":"pipeline/skybox|sky-vs:vert|sky-fs:frag", "priority":245, "depthStencilState":{"depthTest":true, "depthWrite":false}}]}
],
"shaders": [
{
"name": "pipeline/skybox|sky-vs:vert|sky-fs:frag",
"hash": 1154395944,
"glsl3": {
"vert": "// glsl 300 es vert source, omitted here for brevity",
"frag": "// glsl 300 es frag source, omitted here for brevity",
},
"glsl1": {
"vert": "// glsl 100 vert source, omitted here for brevity",
"frag": "// glsl 100 frag source, omitted here for brevity",
},
"builtins": {"globals":{"blocks":[{"name":"CCGlobal", "defines":[]}], "samplers":[{"name":"cc_environment", "defines":[]}]}, "locals":{"blocks":[], "samplers":[]}},
"defines": [
{"name":"CC_USE_HDR", "type":"boolean", "defines":[]},
{"name":"USE_RGBE_CUBEMAP", "type":"boolean", "defines":[]}
],
"blocks": [],
"samplers": [],
"dependencies": {}
}
]
}
接着这个生成的 EffectAsset 正常参与标准(反)序列化流程.另外在反序列化时, 其中包含的 shaders 会被直接注册到 ProgramLib, 供运行时使用.
Material
Material 资源可以看成是 EffectAsset 在场景中的资源实例, 它本身的可配置参数有:
- effectAsset 或 effectName: effect 资源引用, 使用哪个 EffectAsset 所描述的流程进行渲染? (必备)
- technique: 使用 EffectAsset 中的第几个 technique? (默认为 0 号)
- defines: 宏定义列表, 需要开启哪些宏定义? (默认全部关闭)
- states: 管线状态重载列表, 对渲染管线状态 (深度模板透明混合等) 有哪些重载? (默认与 effect 声明一致)
const mat = new cc.Material();
mat.initialize({
effectName: 'pipeline/skybox',
defines: { USE_RGBE_CUBEMAP: true }
});
有了这些信息后, Material 就可以被正确初始化(标志是生成渲染使用的 Pass 对象数组), 用于具体模型的渲染了.
根据所使用 EffectAsset 的信息, 可以进一步设置每个 Pass 的 uniform 参数等.
mat.setProperty('cubeMap', someCubeMap);
console.log(mat.getProperty('cubeMap') === someCubeMap); // true
这些属性都是在材质资源对象本身内部生效, 还并不涉及场景.
Material 通过挂载到 RenderableComponent 上与场景连接, 所有需要设定材质的 Component (ModelComponent, SkinningModelComponent等) 都继承自它.
const comp = someNode.getComponent(cc.ModelComponent);
comp.material = mat;
comp.setMaterial(mat, 0); // 与上一行作用相同
根据子模型的数量, RenderableComponent 也可以引用多个 Material 资源:
comp.setMaterial(mat, 1); // 赋给第二个 submodel
同一个 Material 也可挂载到任意多个 RenderableComponent 上, 一般在编辑器中通过拖拽的方式即可自动赋值. 而当场景中的某个模型的 Material 需要特化的设置, 会在从 RenderableComponent 获取 Material 时自动做拷贝实例化, 从而实现独立的定制.
const comp2 = someNode2.getComponent(cc.ModelComponent);
const mat2 = comp2.material; // 拷贝实例化, 接下来对 `mat2` 的修改只会影响 `comp2` 的模型
对于一个已初始化的材质, 如果希望修改最初的基本信息, 可以直接再次调用 initialize 函数, 重新创建渲染资源.
mat2.initialize({
effectName: 'builtin-standard',
technique: 1
});
特别地, 如果只是希望修改 defines 或 states, 我们提供更高效的直接设置接口, 只需提供相对当前值的重载即可:
mat.recompileShaders({ USE_RGBE_CUBEMAP: false });
mat.overridePipelineStates({ rasterizerState: { cullMode: cc.GFXCullMode.NONE } });
每帧动态更新 uniform 值是非常常见的需求, 在类似这种需要更高效接口的情景下, 可以手动调用对应 pass 的接口:
// 初始化时保存以下变量
const pass = mat2.passes[0];
const hColor = pass.getHandle('albedo');
const color = cc.color('#dadada');
// 每帧更新时:
color.a = Math.sin(cc.director.getTotalFrames() * 0.01) * 127 + 127;
pass.setUniform(hColor, color);
Builtins
编辑器内置了几种常见类型的材质,无光照的 unlit、基于物理光照的 standard、skybox、粒子、sprite 等;这里列一下最常用的 standard 各项参数的意义和用法:
Property | Info |
---|---|
tilingOffset | 模型 UV 的平铺和偏移量,xy 对应平铺,zw 对应偏移 |
albedo | 漫反射颜色,指定模型的主要基色 |
albedoMap | 漫反射贴图,如果有指定,这项会和漫反射颜色相乘 |
albedoScale | xyz 对应模型的漫反射权重,用于控制漫反射颜色对于最终颜色的影响权重;w 通道为 alpha test 的测试阈值 |
normalMap | 法线贴图,用于增加表面细节 |
pbrParams | PBR 材质参数常量:粗糙度、金属度和 AO;每种属性具体对应的通道由 XX_CHANNEL 宏定义决定 |
pbrMap | PBR 材质参数贴图:粗糙度、金属度和 AO;如果有指定,这项会替代材质参数常量;每种属性具体对应的通道由 XX_CHANNEL 宏定义决定 |
pbrScale | PBR 材质参数的权重:粗糙度、金属度和 AO;每个分量具体对应的通道由 XX_CHANNEL 宏定义决定;但 w 通道固定为 normal map 的强度 |
emissive | 自发光颜色,不参与光照计算模型直接发散出的颜色 |
emissiveMap | 自发光贴图,如果有指定,这项会和自发光颜色相乘,因此需要把自发光颜色(默认是黑色)调高才会有效果 |
emissiveScale | 自发光权重,用于控制自发光颜色的强度 |
相对应的,还有控制这些参数的宏定义:
Macro | Info |
---|---|
ROUGHNESS_CHANNEL | 指定粗糙度的数据来源通道,默认为 r 通道 |
METALLIC_CHANNEL | 指定金属度的数据来源通道,默认为 g 通道 |
AO_CHANNEL | 指定 AO 的数据来源通道,默认为 b 通道 |
USE_ALPHA_TEST | 是否开启透明测试(镂空效果)?将通过比较漫反射颜色与漫反射权重的 a 通道,决定模型的哪部分将不会被绘制 |
USE_ALBEDO_MAP | 是否使用漫反射贴图? |
USE_NORMAL_MAP | 是否使用法线贴图? |
USE_PBR_MAP | 是否使用 PBR 材质参数贴图? |
USE_EMISSIVE_MAP | 是否使用自发光贴图? |