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讓我們來(lái)一只新鮮的miku鎮(zhèn)樓吧~
WeAthFolD的Modding教程：OpenGL,、特效和渲染
第一章 MC渲染基礎(chǔ)：OpenGL,、坐標(biāo)變換、貼圖
在這一章,，我們并不會(huì)接觸任何實(shí)際的Modding代碼。然而,，這一章所描述的基本概念卻至關(guān)重要,，在從粒子特效到物品、方塊渲染的范疇內(nèi),，這些在MC中關(guān)于渲染的基本方法都在無(wú)時(shí)無(wú)刻的被應(yīng)用著,。總而言之,，打好基礎(chǔ)是十分重要的,，所以請(qǐng)打起精神來(lái)哦~
由于個(gè)人才疏學(xué)淺，教程的說(shuō)明難免有錯(cuò)漏之處，還請(qǐng)各位及時(shí)指出咯~> <
注意：OpenGL的部分略有難度,，如果覺得理解困難可以多讀幾次或者選擇性略過(guò),。
OpenGL，lwjgl和鑲嵌器
MC的整個(gè)渲染引擎,，基于開源游戲API： lwjgl的 OpenGL部分而搭建,。這也就意味著MC的渲染過(guò)程中，會(huì)大量的用到OpenGL的方法（所以,，在之前就寫過(guò)GL程序的同學(xué)有福了~~）,。 不過(guò)，MC并不趨向于讓使用者全部直接調(diào)用OpenGL的方法,。為了處理光照,、法線貼圖等等屬性的繪制，MC將OpenGL的繪制函數(shù)進(jìn)行了一個(gè)包裝,，也就是Tessellator（鑲嵌器）類,。所有添加頂點(diǎn)、繪制多邊形的操作,，都需要通過(guò)這個(gè)類來(lái)進(jìn)行,。
在一個(gè)繪制過(guò)程中，我們可以這樣獲取Tessellator的實(shí)例：
- Tessellator t = Tessellator.instance;
- t.startDrawing(int MODE);
來(lái)開始一次繪制動(dòng)作,。 在繪制動(dòng)作中，你可以設(shè)定當(dāng)前繪制動(dòng)作的顏色,、設(shè)置面的法向量,，以及添加一個(gè)頂點(diǎn)等等：
- t.setColorRGBA_F(r, g, b, a);
- t.setNormal(u, v, w);
- t.addVertexWithUV(x, y, z, u0, v0);……
在狀態(tài)設(shè)置結(jié)束，添加了頂點(diǎn)之后,，結(jié)束整個(gè)繪制過(guò)程：
此時(shí),，Tessellator會(huì)將計(jì)算好的渲染數(shù)據(jù)傳遞給OpenGL，進(jìn)行實(shí)際的繪制,。
說(shuō)明：Tessellator的方法 t.startDrawing(MODE)：使用指定的繪制模式開始繪制,。繪制模式和OpenGL的glBegin（MODE）中所使用的常量一模一樣，有GL_QUADS, GL_LINES, GL_TRIANGLE_FAN等等,，詳見 t.setColorOpaque(), setNormal(), ...：設(shè)置當(dāng)前繪制過(guò)程的狀態(tài)量,。這也就意味著如果使用Tessellator進(jìn)行這些狀態(tài)的設(shè)定的話，同一個(gè)繪制call中,，不同的頂點(diǎn)是無(wú)法使用不同的顏色和法向量值的,。如果需要多種狀態(tài)值，則推薦不同狀態(tài)值分成不同的繪制call,。
以下是一個(gè)使用Tessellator繪制一個(gè)紅色,，透明度50%,，法向量為(0, 0, 1)的矩形的例子：
- Tessellator t = Tessellator.instance;
- t.startDrawing(GL11.GL_QUADS); //或t.startDrawingQuads()
- t.setColorRGBA_F(1.0F, 0.0F, 0.0F, 0.5F);
- t.setNormal(0, 0, 1);
- t.addVertex(0.0, 0.0, 0.0);
- t.addVertex(1.0, 0.0, 0.0);
- t.addVertex(1.0, 1.0, 0.0);
- t.addVertex(0.0, 1.0, 0.0);
- t.draw(); //結(jié)束繪制call
釋放潛力：使用OpenGL進(jìn)行其他的圖形操作
在介紹了Tessellator之后，我們已經(jīng)了解了MC中基本的圖形繪制是如何進(jìn)行的,。然而只憑借Tessellator,，我們能做到的事是相當(dāng)受限的。要對(duì)我們所繪制的東西進(jìn)行變換,、混合,、遮罩操作……我們都需要用到OpenGL的原生函數(shù)。
在lwjgl中,，OpenGL的庫(kù)函數(shù)被包裝在GL[XX](XX是GL版本號(hào)）類中,。你只需要訪問(wèn)這些類的公有函數(shù)就可以調(diào)用ＧＬＡＰＩ了。
實(shí)際上,，大部分的GL函數(shù)在GL11類當(dāng)中,。
基本的變換操作
在MCMod中（以及其他所有的游戲渲染過(guò)程中），我們最常遇到的問(wèn)題就是對(duì)繪制的圖形進(jìn)行移動(dòng)和變換的問(wèn)題,。例如：將在原點(diǎn)繪制好的子彈實(shí)體平移到當(dāng)前實(shí)體的位置,；根據(jù)時(shí)間流逝的長(zhǎng)度讓光束旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，等等,。在OpenGL中,，我們可以進(jìn)行如下的幾種變換：
·平移 將所有頂點(diǎn)坐標(biāo)平移（Δx, Δy, Δz）個(gè)單位
-對(duì)應(yīng)函數(shù)：glTranslate*(dx, dy, dz);
·旋轉(zhuǎn) 將所有頂點(diǎn)繞某個(gè)軸，旋轉(zhuǎn)α度,。
-對(duì)應(yīng)函數(shù)：glRotate*(α, u, v, w);
·縮放 將所有頂點(diǎn)關(guān)于原點(diǎn),，縮放scale倍。
-對(duì)應(yīng)函數(shù)：glScale*(scaleX, scaleY, scaleZ);
關(guān)于這些OpenGL變換函數(shù)的具體效果和操作方法,，請(qǐng)參見網(wǎng)上各種各樣的OpenGL參考和教程,。我相信隨便一個(gè)教程都說(shuō)的比我好>. <
變換操作和變換的復(fù)合（啥？代碼要倒著讀,？?。?/strong>
通過(guò)以上的三個(gè)變換函數(shù)，我們已經(jīng)可以對(duì)繪制出來(lái)的東西干很多有趣的事了,。比如說(shuō),，下面的代碼讓我們繪制的東西繞（0, 0, 0），關(guān)于Y軸周期性旋轉(zhuǎn)：
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 100, 0, 1, 0);
- t.startDrawingQuads();
- //...
- t.draw();
一個(gè)變換通常是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的,，我們經(jīng)常想要對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行很多的復(fù)合變換。而在進(jìn)行復(fù)合變換的時(shí)候,，有些神奇的代碼規(guī)則是你不得不注意的,。
例如，下面的代碼讓繪制的物體繞中心周期旋轉(zhuǎn),，然后再將它往Y軸正方向移動(dòng)一個(gè)單位：
- GL11.glTranslated(0, 1, 0);
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 100, 0, 1, 0);
- //你的繪制代碼
擴(kuò)展閱讀：矩陣乘法,，左乘和右乘
↓點(diǎn)我
根據(jù)線性代數(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)，我們知道：一切基本坐標(biāo)變換都可以以矩陣變換的形式表示,。
在OpenGL計(jì)算中中,，任意點(diǎn)的坐標(biāo)都是用列向量表示的：
在進(jìn)行變換的時(shí)候，我們只需要把變換矩陣乘以列向量矩陣就可以得到結(jié)果的坐標(biāo),。例如,，偏移量為Δx，Δy,，Δz的變換矩陣是：
兩者相乘,，得到結(jié)果：
根據(jù)矩陣運(yùn)算的結(jié)合律，所有的變換矩陣可以在乘以列向量之前進(jìn)行乘法的復(fù)合之后,，再乘以列向量,，得到的是和這些矩陣分別乘以列向量相同的結(jié)果。也就是：
T1·T2·T3·...·Tn·V = (T1·T2·T3·...·Tn)·V
而后一種方法的運(yùn)算量明顯會(huì)小很多,，因此OpenGL在內(nèi)部會(huì)預(yù)先把我們指定的變換矩陣全部相乘,，只保存一個(gè)總的變換矩陣。
在添加新的變換矩陣的時(shí)候,，OpenGL進(jìn)行的是右乘（也就是把新的矩陣放到當(dāng)前變換矩陣的最右邊,，兩者相乘）。如果我們依次添加T1,，T2,，T3,，……，我們得到的最終的變換結(jié)果是這樣的：
(T1·T2·T3·...·Tn）·V
讓我們從另一個(gè)角度看待這個(gè)運(yùn)算：(T1·(T2·(...·(Tn·V))))
用語(yǔ)言解釋這個(gè)運(yùn)算過(guò)程就是：用Tn乘以V得到坐標(biāo)V1,，用Tn-1乘以V1得到坐標(biāo)V2,，……最后得到V’。由于矩陣乘法的運(yùn)算性質(zhì),，驚人的事發(fā)生了：實(shí)際變換的順序和我們指定變換矩陣的順序是完全相反的,！
參考：
http:///questions/2258910/opengl-scale-then-translate-and-how/2259263#2259263
http://en./wiki/Transformation_matrix
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變換的復(fù)合（記得推棧和彈棧！）
假設(shè)在渲染過(guò)程中,，我們想要進(jìn)行一定的復(fù)合變換,。比如說(shuō)：讓風(fēng)車的扇葉部分周期旋轉(zhuǎn)，而支架部分固定不動(dòng),，該怎么辦呢,？最簡(jiǎn)單方法是這樣的：
（這里假設(shè)mainPart和fan都是一個(gè)類似模型的類的實(shí)例，調(diào)用其draw函數(shù)會(huì)把面繪制出來(lái)）
- mainPart.draw();
- GL11.glTranslated(0, offsetY, 0); //將扇葉移動(dòng)到正確的位置上
- GL11.glRotated(Math.cos(Minecraft.getSystemTime() / 100D), 1, 0, 0); //讓扇葉關(guān)于中心旋轉(zhuǎn)
- fan.draw();
然而,，假設(shè)你為了更好的渲染效果，給這個(gè)風(fēng)車加了兩層不同的轉(zhuǎn)動(dòng),，那么又該怎么繪制呢,？
- mainPart.draw();
- GL11.glTranslated(0, offsetY, 0); //將扇葉移動(dòng)到正確的位置上
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 100D, 1, 0, 0); //讓扇葉關(guān)于中心旋轉(zhuǎn)
- fan.draw();
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 80D, 1, 0, 0); //讓扇葉2關(guān)于中心旋轉(zhuǎn)（速度不同）
- fan2.draw();
如果我們想要讓每個(gè)部分進(jìn)行分別的變換動(dòng)作,，而不讓它們影響到彼此,，該怎么辦呢？
答案是下面的代碼：
- GL11.glMatrixMode(GL11.GL_MODELVIEW); //設(shè)置當(dāng)前活躍的矩陣為ModelView（模型視角）矩陣
- mainPart.draw();
- GL11.glTranslated(0, offsetY, 0); //將扇葉移動(dòng)到正確的位置上
- GL11.glPushMatrix(); //保存
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 100D, 1, 0, 0); //旋轉(zhuǎn)A
- fan.draw();
- GL11.glPopMatrix(); //還原
- GL11.glPushMatrix(); //保存
- GL11.glRotated(Minecraft.getSystemTime() / 80D, 1, 0, 0); //旋轉(zhuǎn)B
- fan2.draw();
- GL11.glPopMatrix(); //還原
知識(shí)點(diǎn)：glPushMatrix和glPopMatrix
OpenGL提供了便捷的恢復(fù)其某一時(shí)刻的部分狀態(tài)的方法：推棧和彈棧。
在這里,，我們使用glPushMatrix和glPopMatrix來(lái)存儲(chǔ)和恢復(fù)當(dāng)前活躍矩陣的狀態(tài),。 活躍的矩陣可以用glMatrixMode（MODE）指定。除了Modelview（模視變換）矩陣,，還有Projection（投影）矩陣,，用來(lái)設(shè)置攝像機(jī)位置/投影方法。
你可以把這對(duì)函數(shù)的功能想象成對(duì)一個(gè)棧的操作（實(shí)際上就是……）,，就像這樣：
glPushMatrix()和glPopMatrix()必須成對(duì)使用,，否則會(huì)造成棧的上溢和下溢。
在你的渲染器里面，mc一般會(huì)給你傳遞類似這樣的參數(shù)：
- public void render(double x, double double z, ......)
- GL11.glTranslated(x, y, z);
因此,，強(qiáng)烈建議把渲染代碼寫成如下形式：
- //其他狀態(tài)設(shè)置
- GL11.glPushMatrix();
- //坐標(biāo)變換
- //繪制
- GL11.glPopMatrix();
- //恢復(fù)設(shè)置的狀態(tài)
總結(jié) 在這一章中，我們簡(jiǎn)要的介紹了ＭＣ中繪制的基本方法：OpenGL原生函數(shù)和鑲嵌器的配合,。其中,，鑲嵌器處理頂點(diǎn)的基本繪制和一些光照屬性，而OpenGL則處理這以外的所有工作（變換,，貼圖,，alpha混合……）。因此,，OpenGL基礎(chǔ)對(duì)MCMod的渲染是至關(guān)重要的,。我們首先介紹了Tessellator和其基本的繪制多邊形的方法，然后簡(jiǎn)要的介紹了OpenGL中最最常用的幾個(gè)函數(shù)：坐標(biāo)變換,、矩陣的存儲(chǔ)與復(fù)原,。在你的渲染代碼的結(jié)尾，一定要記得將設(shè)置過(guò)的狀態(tài)復(fù)原,。
盡管都是枯燥繁瑣的理論,，但是這些東西和實(shí)際的實(shí)現(xiàn)碰撞起來(lái)的時(shí)候，才往往能迸發(fā)出意想不到的火花呢,。那么,，準(zhǔn)備好進(jìn)一步往前探索了么？
下一章：[層主努力填坑中,，敬請(qǐng)期待……]
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