项目简介

渲染器展示

实现流程

一、引擎部分

1. 组件结构

简单来说：

• 借助Opengl等图形库得以渲染图像

• 编写游戏物体和组件来创作内容

• 游戏的进行依托于每个组件的Awake、Update等函数的运行

2. 引擎运行

int main(void){
    Application::set_data_path("../data/");//设置资源目录
    Application::InitOpengl();//初始化引擎
​
    GameObject* go=new GameObject("LoginSceneGo");
    go->AddComponent("Transform");
    go->AddComponent("LoginScene");
    Application::Run();//开始引擎主循环
}

• Scene组件执行Awake函数时，将需要的游戏物体创建出来

• Scene组件也会执行Update函数，负责移动相机，接收输入等

3. 具体实现

Application类

• 初始化OpenGL服务，设置数据下载地址，更新窗口大小

• 在初始化时调用所有组件的Awake函数，每帧调用所有物体的Update函数，来进行逻辑运算

• 每帧调用所有物体的Render函数来实现渲染

class Application {
public:
    static const std::string& data_path(){return data_path_;}
    static void set_data_path(std::string data_path){data_path_=data_path;}
​
    /// 初始化OpenGL
    static void InitOpengl();
​
    static void Run();
​
    static void UpdateScreenSize();
​
    /// 每一帧内逻辑代码。
    static void Update();
​
    /// 逻辑代码执行后，应用到渲染。
    static void Render();
​
private:
    static std::string data_path_;//资源目录
​
    static GLFWwindow* glfw_window_;
​
};

GameObject类

class GameObject {
public:
    GameObject(std::string name);
    ~GameObject();
​
    std::string& name(){return name_;}
    void set_name(std::string name){name_=name;}
​
    /// 添加组件
    Component* AddComponent(std::string component_type_name);
    /// 添加父物体
    GameObject* SetParent(GameObject* parent);
    /// 添加子物体
    GameObject* AddChildObject(std::string child_type_name, GameObject* child);
    /// 获取组件
    Component* GetComponent(std::string component_type_name);
    /// 获取所有同名组件
    std::vector<Component*>& GetComponents(std::string component_type_name);
    /// 获取子物体
    GameObject* GetChildObject(std::string child_type_name);
    /// 遍历自身所有Component
    void ForeachComponent(std::function<void(Component* component)> func);
​
    /// 遍历所有GameObject
    static void Foreach(std::function<void(GameObject* game_object)> func);
    
    unsigned char layer(){return layer_;}
    void set_layer(unsigned char layer){layer_=layer;}
private:
    std::string name_;
    unsigned char layer_;//将物体分不同的层，用于相机分层、物理碰撞分层等。
    GameObject* parent_;
    std::unordered_map<std::string,std::vector<Component*>> component_type_instance_map_;
    std::unordered_map<std::string,GameObject*> childrenObjects_instance_map;
​
    static std::list<GameObject*> game_object_list_;//存储所有的GameObject。
};

Component类

class Component {
public:
    Component(bool active = true);
    virtual ~Component();
​
    GameObject* game_object(){return game_object_;}
    void set_game_object(GameObject* game_object){game_object_=game_object;}
​
    void set_isActive(bool active);
    virtual void Awake();
    virtual void Update();
protected:
    bool isActive;
private:
    GameObject* game_object_;
};

二、渲染部分

1. MeshFilt=er&模型文件.mesh

• 顶点：存储单个顶点的位置、颜色、uv

• 顶点数组：存储模型所有的顶点

• 顶点索引数组：根据顶点数组组成面的指导

• 顶点数组长度，顶点索引数组长度

struct Vertex
{
    glm::vec3 pos_;
    glm::vec4 color_;
    glm::vec2 uv_;
};
​
//Mesh文件头
struct MeshFileHead{
    char type_[4];
    unsigned short vertex_num_;//顶点个数
    unsigned short vertex_index_num_;//索引个数
};
​
//Mesh数据
struct Mesh{
    unsigned short vertex_num_;//顶点个数
    unsigned short vertex_index_num_;//顶点索引个数
    Vertex* vertex_data_;//顶点数据
    unsigned short* vertex_index_data_;//顶点索引数据
};

1. 创建Mesh结构体对象

2. 先读取顶点数和索引数，再依次读取顶点数组和索引数组的内容，并存入Mesh

class MeshFilter:public Component{
public:
    MeshFilter(bool active = true);
    ~MeshFilter();
public:
    void LoadMesh(string mesh_file_path);//加载Mesh文件
    Mesh* mesh(){return mesh_;};//Mesh对象
private:
    Mesh* mesh_;//Mesh对象
};

2. Shader

顶点着色器

#version 330 core
​
uniform mat4 u_mvp;
​
layout(location = 0) in vec3 a_pos;
layout(location = 1) in vec4 a_color;
layout(location = 2) in vec2 a_uv;
​
out vec4 v_color;
out vec2 v_uv;
​
void main()
{
    gl_Position = u_mvp * vec4(a_pos, 1.0);
    v_color = a_color;
    v_uv = a_uv;
}
​

片元着色器

#version 330 core
​
uniform sampler2D u_diffuse_texture;
​
in vec4 v_color;
in vec2 v_uv;
layout(location = 0) out vec4 o_fragColor;
void main()
{
    o_fragColor =  v_color;
}

3. Material类&材质文件.mat

//tile.mat
​
<material shader="shader/tile">
    <texture name="None" image="None"/>
</material>

//Material.cpp
​
void Material::Parse(string material_path) 
{
    //解析xml
    rapidxml::file<> xml_file((Application::data_path()+material_path).c_str());
    rapidxml::xml_document<> document;
    document.parse<0>(xml_file.data());
​
    //根节点
    rapidxml::xml_node<>* material_node=document.first_node("material");
    if(material_node == nullptr){
        return;
    }
​
    rapidxml::xml_attribute<>* material_shader_attribute=material_node->first_attribute("shader");
    if(material_shader_attribute == nullptr){
        return;
    }
    shader_=Shader::Find(material_shader_attribute->value());
    
    ...
}

4. 单个物体渲染&MeshRenderer

1. MeshRenderer会保存Material类的引用，使用其解析.mat文件的功能

2. 之后获取自身MeshFilter组件的.mesh文件，使用其导入顶点数据的功能

3. 最后上传这些数据，完成渲染

class MeshRenderer:public Component{
public:
    MeshRenderer(bool active = true);
    ~MeshRenderer();
​
    void SetMaterial(Material* material);//设置Material
    Material* material(){return material_;}
​
    void Render();//渲染
private:
    Material* material_;
​
    unsigned int vertex_buffer_object_=0;//顶点缓冲区对象
    unsigned int element_buffer_object_=0;//索引缓冲区对象
    unsigned int vertex_array_object_=0;//顶点数组对象
};

5. 启用渲染

//Application.cpp
​
void Application::Render(){
    //每帧清除颜色和深度缓冲
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
​
    //遍历所有相机，每个相机的View Projection，都用来做一次渲染。
    Camera::Foreach([&](){
        GameObject::Foreach([](GameObject* game_object){
            auto component=game_object->GetComponent("MeshRenderer");
            if (!component){
                return;
            }
            auto mesh_renderer=dynamic_cast<MeshRenderer*>(component);
            if(!mesh_renderer){
                return;
            }
            mesh_renderer->Render();
        });
    });
}

三、TileMap系统

1. 原理

• 将需要绘制的地形切割成瓦片

• 将瓦片贴到地图上

• Tile边角的模型

• 去掉一个边角的砖块模型

• 去掉两个相对边角的砖块模型

• 四分之一大小的砖块模型

2. 模型创建及导入

3. 实现

TileMap类

• Map的长宽

• 所有Tile的Tile类型

• 所有Tile组件的引用

class TileMap {
​
    public:
    TileMap(int width, int height);
    ~TileMap();
​
    unsigned int GetMapHeight() const {return height_data;}
    unsigned int GetMapWidth() const {return width_data;}
    const vector<vector<unsigned short>>& GetMap_Data() const {return tileMap_data;}
    const vector<vector<Tile*>>& GetMap_Instance() const {return tileMap_instance;}
​
    unordered_map<unsigned short,int> TileMap::GetTile_Data(pair<int,int> position);
    void SetMap_Data(const vector<vector<unsigned short>>& map);
    void SetMap_Instance(const vector<vector<Tile*>>& map);
​
    private:
    vector<vector<unsigned short>> tileMap_data;
    vector<vector<Tile*>> tileMap_instance;
    unsigned int width_data;
    unsigned int height_data;
    unsigned int width_instance;
    unsigned int height_instance;
​
};

TileCreater组件

• 加载地图文件，并存储在二维数组中

• 根据地图文件，创建Tile对象，为它们添加Tile组件

• 开启每个Tile的初始化，开启渲染

class TileCrater: public Component {
​
  public:
  TileCrater(){};
  ~TileCrater(){};
​
  void LoadTileMap(const std::string& filename);
  void CreateTiles();
  void InitTiles() const;
​
  private:
  TileMap* tileMap;
​
};

Tile组件

• 创建子瓦片，添加渲染组件

• 获得渲染类型，确定渲染方式

• 开启子瓦片渲染

class Tile: public Component {
​
public:
    Tile(){};
    ~Tile(){};
    void SetMap(TileMap* map){tileMap = map;};
    void TileCreate(float x, float z);
    void TileInitialize(pair<int,int> tilePos);
​
private:
    TileMap* tileMap;
    /// Tile在TileMap中的相对位置
    pair<int,int> tile_orientation;
    /// 存储Tile子块的Tile类型
    std::unordered_map<unsigned short,int> childTiles_data_map;
    /// 存储子块位置和引用的map
    std::unordered_map<unsigned short,GameObject*> childTiles_instance_map;
​
    GameObject* SetChildTile(unsigned short childPos, GameObject* childTile);
    vector<pair<unsigned short,unsigned short>> GetTileRenderLine();
};