只不过在刘皓发现过来的时候和城之内所在的距离太远了,那么远的距离单凭邪神卡的力量是无法隔空消除城之内体内的千年锡杖的力量。

SharpGL(46)用Billboard绘制头顶文字


CSharpGL(46)用Billboard绘制头顶文字

本文介绍CSharpGL用Billboard绘制头顶文字的方法。效果如下图所示。

下载

CSharpGL已在GitHub开源,欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入(https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL)

 

固定大小的Billboard

在OpenGL的渲染流水线上,描述顶点位置的坐标,依次要经过object space, world space, view/camera space, clip space, normalized device space, Screen/window space这几个状态。下表列出了各个状态的特点。

Space

Coordinate

feature

object

(x, y, z, 1)

从模型中读取的原始位置(x,y,z),可在shader中编辑

world

(x, y, z, w)

可在shader中编辑

view/camera

(x, y, z, w)

可在shader中编辑

clip

(x, y, z, w)

vertex shader中,赋给gl_Position的值

normalized device

(x, y, z, 1)

上一步的(x, y, z, w)同时除以w。OpenGL自动完成。x, y, z的绝对值小于1时,此顶点在窗口可见范围内。即可见范围为[-1, -1, -1]到[1, 1, 1]。

screen/window

glViewport(x, y, width, height);

glDepthRange(near, far)

窗口左下角为(0, 0)。

上一步的顶点为(-1, -1, z)时,screen上的顶点为(x, y)。

上一步的顶点为(1, 1, z)时,screen上的顶点为(width, height)。

为了让Billboard保持他应有的位置深度值,object space, world space, view space这三步是必须照常进行的。

在normalized device space这个状态下,[-1,-1,-1]和[1,1,1]之间就是Billboard能显示出来的部分。例如,如果一个Billboard矩形的四个角落,恰好落在(-1,-1)和(1,1)上,那么这个Billboard就会恰好覆盖整个画布。所以,如果知道了Billboard和画布的尺寸(像素值),就可以按比例计算出Billboard在此状态时应有的尺寸了。

这两段分析就是下面的vertex shader的精髓。Billboard的位置,由一个位于矩形中心的表示。在object space里,这个点自然要位于(0, 0, 0, 1)。

 1 #version 330 core
 2 
 3 uniform mat4 projectionMatrix;
 4 uniform mat4 viewMatrix;
 5 uniform mat4 modelMatrix;
 6 uniform vec2 screenSize; // screen size in pixels.
 7 
 8 uniform float width; // Billboard’s width in pixels
 9 uniform float height;// Billboard’s height in pixels.
10 
11 in vec2 inPosition;// character"s quad"s position relative to left bottom(0, 0).
12 in vec3 inSTR;// character"s quad"s texture coordinate.
13 
14 out vec3 passSTR;
15 
16 void main(void) {
17     vec4 position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(0, 0, 0, 1);
18     position = position / position.w;// 代替OpenGL pipeline除以w的步骤。
19     position.xy += (inPosition * height - vec2(width, height)) / screenSize;
20     gl_Position = position;
21 
22     passSTR = inSTR;
23 }

绘制文字

首先,你要知道如何准备文字Texture(参考这里)。

然后,根据给定的字符串Text,找到各个char的位置,更新positionBuffer和uvBuffer,更新Billboard的Width和Height。为了减少客户端的计算量,在安排char的位置时,是从左下角(0,0)开始,到右上角(width, height)结束的。不然,就该把char的位置整体移动到以(0,0)为中心了。

下图中,把一个一个字符围起来的框框,说明了文字是如何排列的。

多个Billboard的重叠问题

在Billboard中,为了显示文字,启用了OpenGL的混合(blend)功能。

 1         public static TextBillboardNode Create(int width, int height, int capacity, GlyphServer glyphServer = null)
 2         {
 3             var vs = new VertexShader(vertexCode);// this vertex shader has no vertex attributes.
 4             var fs = new FragmentShader(fragmentCode);
 5             var provider = new ShaderArray(vs, fs);
 6             var map = new AttributeMap();
 7             map.Add(inPosition, GlyphsModel.position);
 8             map.Add(inSTR, GlyphsModel.STR);
 9             // 启用混合功能
10             var blendState = new BlendState(BlendingSourceFactor.SourceAlpha, BlendingDestinationFactor.OneMinusSourceAlpha);
11             var builder = new RenderMethodBuilder(provider, map, blendState);
12             var node = new TextBillboardNode(width, height, new GlyphsModel(capacity), builder, glyphServer);
13             node.Initialize();
14 
15             return node;
16         }

由于blend功能是与渲染顺序相关的(即渲染顺序不同,产生的结果就可能不同),所以在渲染多个Billboard时,就可能产生不好的效果:近处的Billboard可能遮挡住远处的。

为了解决这个问题,我想了一个办法:先按深度给各个Billboard排序,然后依序渲染各个Billboard。为此,需要新建一些东西。

排序动作BillboardSortAction

首先要将各个Billboard排序,并保存到数组。显然,在这里,使用二分插入排序是最快的排序方式。

 1     public class BillboardSortAction : DependentActionBase
 2     {
 3         private List<float> depthList = new List<float>();
 4         private List<TextBillboardNode> billboardList = new List<TextBillboardNode>();
 5 
 6         /// <summary>
 7         /// Sorted billboard list.
 8         /// </summary>
 9         public List<TextBillboardNode> BillboardList
10         {
11             get { return billboardList; }
12         }
13 
14         /// <summary>
15         /// Sort billboards in depth order.
16         /// </summary>
17         /// <param name="scene"></param>
18         public BillboardSortAction(Scene scene) : base(scene) { }
19 
20         public override void Act()
21         {
22             this.depthList.Clear();
23             this.billboardList.Clear();
24 
25             mat4 viewMatrix = this.Scene.Camera.GetViewMatrix();
26             this.Sort(this.Scene.RootElement, viewMatrix);
27         }
28 
29         private void Sort(SceneNodeBase sceneElement, mat4 viewMatrix)
30         {
31             if (sceneElement != null)
32             {
33                 var billboard = sceneElement as TextBillboardNode;
34                 if (billboard != null)
35                 {
36                     Insert(billboard, viewMatrix);
37                 }
38 
39                 foreach (var item in sceneElement.Children)
40                 {
41                     this.Sort(item, viewMatrix);
42                 }
43             }
44         }
45 
46         /// <summary>
47         /// binary insertion sort.
48         /// </summary>
49         /// <param name="billboard"></param>
50         /// <param name="camera"></param>
51         /// <param name="list"></param>
52         private void Insert(TextBillboardNode billboard, mat4 viewMatrix)
53         {
54             // viewPosition.z is depth in view/camera space.
55             vec3 viewPosition = billboard.GetAbsoluteViewPosition(viewMatrix);
56             int left = 0, right = this.depthList.Count - 1;
57             while (left <= right)
58             {
59                 int middle = (left + right) / 2;
60                 float value = this.depthList[middle];
61                 if (value < viewPosition.z)
62                 {
63                     left = middle + 1;
64                 }
65                 else if (value == viewPosition.z)
66                 {
67                     left = middle;
68                     break;
69                 }
70                 else //(viewPosition.z < value)
71                 {
72                     right = middle - 1;
73                 }
74             }
75 
76             this.depthList.Insert(left, viewPosition.z);
77             this.billboardList.Insert(left, billboard);
78         }
79     }
BillboardSortAction

渲染动作BillboardRenderAction

虽然我们有专门的渲染动作RenderAction,但是RenderAction只会按结点的树结构顺次渲染。因此,我们要新建一个专门渲染已经排序好了的Billboard数组的动作。

 1     /// <summary>
 2     /// Render sorted billboards.
 3     /// </summary>
 4     public class BillboardRenderAction : DependentActionBase
 5     {
 6         private BillboardSortAction sortAction;
 7         public BillboardRenderAction(Scene scene, BillboardSortAction sortAction)
 8             : base(scene)
 9         {
10             this.sortAction = sortAction;
11         }
12 
13         public override void Act()
14         {
15             var arg = new RenderEventArgs(this.Scene, this.Scene.Camera);
16             foreach (var item in this.sortAction.BillboardList)
17             {
18                 item.RenderBeforeChildren(arg);
19             }
20         }
21     }
22 }

当然,不要忘了取消Billboard在RenderAction里的渲染动作。

1     var billboard = TextBillboardNode.Create(200, 40, 100);
2     billboard.Text = string.Format("Hello TextBillboardNode[{0}]!", index);
3     // we don"t render it in RenderAction. we render it in BillboardRenderAction.
4     billboard.EnableRendering = ThreeFlags.None;

总结

又一次,又一次,又一次,犯了很二的错误。

TextBillboardNode.cs是复制过来的,然后我就忘记了修改里面的AttributeMap的数据。原本2个小时就能完成的东西,花了2天才找到错误所在。

这个事情告诉我,即使很类似的代码,也不要复制过来。一点一点写才是最快的。

 

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发布时间:2019-02-24 02:05:16

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编辑:文董

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