Stage3D学习笔记(四):正交矩阵
2014-11-03 16:01
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我们上一章节显示图片的时候,会发现我们制定的顶点在Stage3D中其实是存在一个区间的:
x轴(从左到右):[-1.0-1.0]
y轴(从下到上):[-1.0-1.0]
z轴(从近到远):[0-1.0]
超过这个区间的部分我们的图片都会看不见,大家可以重新修改上一节的代码中的顶点位置查看;
并且该区间不会跟随Stage3D的尺寸改变而改变,即无论Stage3D的显示尺寸如何变动,绘制的图像是会进行对应的拉伸操作的;
那么这就导致了一个问题的出现,如果我需要显示图片的原有尺寸(或者指定的尺寸)且该尺寸不会跟随Stage3D的显示尺寸变动时该怎么办?
为了解决这个问题,我们需要引入一个叫做矩阵转换的概念,即通过一定的转换运算把我们设定的尺寸转换为适用于Stage3D中的坐标尺寸。
一般存在两种矩阵转换:正交矩阵和透视矩阵。
透视矩阵:遵循现实世界中的近大远小法则,一般的3D游戏都使用该矩阵。
正交矩阵:没有近大远小的规则,所有物体看上去都是一样的大小,一般通过3D来实现的2D游戏都使用该矩阵。
我们基于上一章的代码,先修改一下要显示的纹理的顶点:
看一下效果:
我们看见,整个纹理都铺满了3D场景。同时纹理的原有的高宽比没有了。
使用正交矩阵:
首先需要创建一个矩阵对象保存正交矩阵:
创建正交矩阵:
正交矩阵的信息需要作为常量传递到GPU中:
最后,修改一下顶点着色器,使我们的顶点数据和正交矩阵相乘:
改好了以后,看一下现在的效果:
我们发现纹理的高宽比被保留了下来,说明我们的正交矩阵开始起作用了!
保留我们的纹理的尺寸只要修改顶点的数据即可:
顶点x和y都乘上宽度与高度分别除以场景高度的系数即可。
最终效果:
上代码:
x轴(从左到右):[-1.0-1.0]
y轴(从下到上):[-1.0-1.0]
z轴(从近到远):[0-1.0]
超过这个区间的部分我们的图片都会看不见,大家可以重新修改上一节的代码中的顶点位置查看;
并且该区间不会跟随Stage3D的尺寸改变而改变,即无论Stage3D的显示尺寸如何变动,绘制的图像是会进行对应的拉伸操作的;
那么这就导致了一个问题的出现,如果我需要显示图片的原有尺寸(或者指定的尺寸)且该尺寸不会跟随Stage3D的显示尺寸变动时该怎么办?
为了解决这个问题,我们需要引入一个叫做矩阵转换的概念,即通过一定的转换运算把我们设定的尺寸转换为适用于Stage3D中的坐标尺寸。
一般存在两种矩阵转换:正交矩阵和透视矩阵。
透视矩阵:遵循现实世界中的近大远小法则,一般的3D游戏都使用该矩阵。
正交矩阵:没有近大远小的规则,所有物体看上去都是一样的大小,一般通过3D来实现的2D游戏都使用该矩阵。
我们基于上一章的代码,先修改一下要显示的纹理的顶点:
private function initBuffer():void { //顶点数据 var vertexData:Vector.<Number> = Vector.<Number>( [ // x, y, z, u, v -1, -1, 0, 0, 1, 1, -1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 0, -1, 1, 0, 0, 0 ]); //省略 }
看一下效果:
我们看见,整个纹理都铺满了3D场景。同时纹理的原有的高宽比没有了。
使用正交矩阵:
首先需要创建一个矩阵对象保存正交矩阵:
//存放正交矩阵的对象 private var _projectionMatrix:Matrix3D;
创建正交矩阵:
/** * 创建正交矩阵. * @param width 场景宽度. * @param height 场景高度. * @param near 近截面. * @param far 远截面. */ private function initOrthographicProjection(width:Number, height:Number, near:Number = -1.0, far:Number = 1.0):void { //创建正交矩阵的实例 _projectionMatrix = new Matrix3D(); //获取场景宽度和高度的比例 var ratio:Number = width / height; //获取正交矩阵数据 var coords:Vector.<Number> = getOrthographicMatrix(-ratio, ratio, -1, 1, near, far); //拷贝数据到矩阵中 _projectionMatrix.copyRawDataFrom(coords); //将我们的正交矩阵作为常量传递到 GPU 中, 指定其是名称为 vc0 的那个寄存器 _context3D.setProgramConstantsFromMatrix(Context3DProgramType.VERTEX, 0, _projectionMatrix, true); } /** * 获取正交矩阵的数据. * @param left 左边界. * @param right 右边界. * @param bottom 底边界. * @param top 顶边界. * @param near 近截面. * @param far 远截面. * @return 正交矩阵的数据. */ private function getOrthographicMatrix(left:Number, right:Number, bottom:Number, top:Number, near:Number, far:Number):Vector.<Number> { var m:Vector.<Number> = new Vector.<Number>(16, true); m[0] = 2.0 * 1.0 / (right - left); m[5] = 2.0 * 1.0 / (top - bottom); m[10] = 1.0 / (far - near); m[12] = (right + left) / (right - left); m[13] = (bottom + top) / (bottom - top); m[14] = near / (near - far); m[1] = m[2] = m[3] = m[4] =m[6] = m[7] = m[8] = m[9] = m[11] = 0; m[15] = 1.0; return m; }
正交矩阵的信息需要作为常量传递到GPU中:
//将我们的正交矩阵作为常量传递到 GPU 中, 指定其是名称为 vc0 的那个寄存器 _context3D.setProgramConstantsFromMatrix(Context3DProgramType.VERTEX, 0, _projectionMatrix, true);
最后,修改一下顶点着色器,使我们的顶点数据和正交矩阵相乘:
private function initProgram():void { //顶点着色器代码, 每个上传的顶点前都会执行一次该代码 var vertexArr:Array = [ //op 代表位置输出寄存器, 无论对顶点进行多少次的运算最终都要将结果 //赋值给他, 这里和我们的正交矩阵进行相乘的运算 "m44 op, va0, vc0", //片段着色器需要用的数据要在这里通过 v0 中转一下, 因为片段着色器不 //能直接读取 va0 和 va1 的数据 "mov v0, va1" ]; //省略 }
改好了以后,看一下现在的效果:
我们发现纹理的高宽比被保留了下来,说明我们的正交矩阵开始起作用了!
保留我们的纹理的尺寸只要修改顶点的数据即可:
private function initBuffer():void { //顶点数据 var vertexData:Vector.<Number> = Vector.<Number>( [ // x, y, z, u, v -1 * (128 / 500), -1 * (128 / 500), 0, 0, 1, 1 * (128 / 500), -1 * (128 / 500), 0, 1, 1, 1 * (128 / 500), 1 * (128 / 500), 0, 1, 0, -1 * (128 / 500), 1 * (128 / 500), 0, 0, 0 ]); //省略 }
顶点x和y都乘上宽度与高度分别除以场景高度的系数即可。
最终效果:
上代码:
package { import com.adobe.utils.AGALMiniAssembler; import flash.display.Bitmap; import flash.display.Sprite; import flash.display.Stage3D; import flash.display3D.Context3D; import flash.display3D.Context3DProfile; import flash.display3D.Context3DProgramType; import flash.display3D.Context3DRenderMode; import flash.display3D.Context3DTextureFormat; import flash.display3D.Context3DVertexBufferFormat; import flash.display3D.IndexBuffer3D; import flash.display3D.Program3D; import flash.display3D.VertexBuffer3D; import flash.display3D.textures.Texture; import flash.events.ErrorEvent; import flash.events.Event; import flash.geom.Matrix3D; [SWF(width=800, height=600, frameRate=60)] public class OrthographicProjection extends Sprite { [Embed(source="img.png")] private var IMG_CLASS:Class; //3D 场景对象 private var _stage3D:Stage3D; //3D 上下文渲染对象 private var _context3D:Context3D; //顶点缓冲数据 private var _vertexBuffer:VertexBuffer3D; //索引缓冲数据 private var _indexBuffer:IndexBuffer3D; //纹理数据对象 private var _texture:Texture; //着色器对象 private var _program3D:Program3D; //存放正交矩阵的对象 private var _projectionMatrix:Matrix3D; public function OrthographicProjection() { addEventListener(Event.ADDED_TO_STAGE, addedToStageHandler); } private function addedToStageHandler(event:Event):void { removeEventListener(Event.ADDED_TO_STAGE, addedToStageHandler); //3D 场景存在, 一般存在 4 个 3D 场景对象 if(stage.stage3Ds.length > 0) { //使用最下层的 3D 场景 _stage3D = stage.stage3Ds[0]; //请求 3D 上下文渲染对象 _stage3D.addEventListener(ErrorEvent.ERROR, stage3DErrorHandler); _stage3D.addEventListener(Event.CONTEXT3D_CREATE, context3DCreateHandler); _stage3D.requestContext3D(Context3DRenderMode.AUTO, Context3DProfile.BASELINE); } } private function stage3DErrorHandler(event:ErrorEvent):void { trace("Context3D对象请求失败:", event.text); } private function context3DCreateHandler(event:Event):void { initContext3D(700, 500); initOrthographicProjection(700, 500); initBuffer(); initTexture(); initProgram(); //每帧进行渲染 addEventListener(Event.ENTER_FRAME, render); } private function initContext3D(width:Number, height:Number):void { //获取 3D 渲染对象 _context3D = _stage3D.context3D; //调整 3D 舞台位置 _stage3D.x = 50; _stage3D.y = 50; //设置后台缓冲区 _context3D.configureBackBuffer(width, height, 2); } /** * 创建正交矩阵. * @param width 场景宽度. * @param height 场景高度. * @param near 近截面. * @param far 远截面. */ private function initOrthographicProjection(width:Number, height:Number, near:Number = -1.0, far:Number = 1.0):void { //创建正交矩阵的实例 _projectionMatrix = new Matrix3D(); //获取场景宽度和高度的比例 var ratio:Number = width / height; //获取正交矩阵数据 var coords:Vector.<Number> = getOrthographicMatrix(-ratio, ratio, -1, 1, near, far); //拷贝数据到矩阵中 _projectionMatrix.copyRawDataFrom(coords); //将我们的正交矩阵作为常量传递到 GPU 中, 指定其是名称为 vc0 的那个寄存器 _context3D.setProgramConstantsFromMatrix(Context3DProgramType.VERTEX, 0, _projectionMatrix, true); } /** * 获取正交矩阵的数据. * @param left 左边界. * @param right 右边界. * @param bottom 底边界. * @param top 顶边界. * @param near 近截面. * @param far 远截面. * @return 正交矩阵的数据. */ private function getOrthographicMatrix(left:Number, right:Number, bottom:Number, top:Number, near:Number, far:Number):Vector.<Number> { var m:Vector.<Number> = new Vector.<Number>(16, true); m[0] = 2.0 * 1.0 / (right - left); m[5] = 2.0 * 1.0 / (top - bottom); m[10] = 1.0 / (far - near); m[12] = (right + left) / (right - left); m[13] = (bottom + top) / (bottom - top); m[14] = near / (near - far); m[1] = m[2] = m[3] = m[4] =m[6] = m[7] = m[8] = m[9] = m[11] = 0; m[15] = 1.0; return m; } private function initBuffer():void { //顶点数据 var vertexData:Vector.<Number> = Vector.<Number>( [ // x, y, z, u, v -1 * (128 / 500), -1 * (128 / 500), 0, 0, 1, 1 * (128 / 500), -1 * (128 / 500), 0, 1, 1, 1 * (128 / 500), 1 * (128 / 500), 0, 1, 0, -1 * (128 / 500), 1 * (128 / 500), 0, 0, 0 ]); //创建顶点缓冲对象, 参数设定存在几组数据和每组数据的个数 _vertexBuffer = _context3D.createVertexBuffer(vertexData.length / 5, 5); //上传顶点数据到GPU, 参数设定从第几组数据开始上传和上传多少组数据 _vertexBuffer.uploadFromVector(vertexData, 0, vertexData.length / 5); //索引数据 var indexData:Vector.<uint> = Vector.<uint>( [ 0, 3, 1, 1, 2, 3 ]); //创建索引缓冲对象, 每个索引对应顶点数据中的相对应的一组数据, //每3个索引组成一个会被绘制出来的三角形, 参数指定索引的长度 _indexBuffer = _context3D.createIndexBuffer(indexData.length); //上传索引数据到GPU, 参数设定从第几个数据开始上传和上传多少个数据 _indexBuffer.uploadFromVector(indexData, 0, indexData.length); } private function initTexture():void { //创建位图 var bitmap:Bitmap = new IMG_CLASS() as Bitmap; //创建纹理, 注意尺寸必须是 2 的幂数 _texture = _context3D.createTexture(128, 128, Context3DTextureFormat.BGRA, true); //上传纹理到 GPU, 第二个参数表示该纹理的 mipmap 级别, 级别零是高级全分辨率图像 _texture.uploadFromBitmapData(bitmap.bitmapData, 0); } private function initProgram():void { //顶点着色器代码, 每个上传的顶点前都会执行一次该代码 var vertexArr:Array = [ //op 代表位置输出寄存器, 无论对顶点进行多少次的运算最终都要将结果 //赋值给他, 这里和我们的正交矩阵进行相乘的运算 "m44 op, va0, vc0", //片段着色器需要用的数据要在这里通过 v0 中转一下, 因为片段着色器不 //能直接读取 va0 和 va1 的数据 "mov v0, va1" ]; //片段着色器代码, 每个可以显示的像素都会执行一次该代码 var fragmentArr:Array = [ //对纹理 fs0 进行取样, 通过 v0 代表的 uv 坐标来获取对应的像素点颜 //色, 将该颜色值存储到 ft0 中 "tex ft0, v0, fs0 <2d,repeat,linear,nomip>", //oc 代表颜色输出寄存器, 每个顶点的颜色数据都要赋值给他 "mov oc, ft0" ]; //使用 Adobe 自己提供的编译器编译代码为程序可使用的二进制数据 var assembler:AGALMiniAssembler = new AGALMiniAssembler(); _program3D = assembler.assemble2(_context3D, 1, vertexArr.join("\n"), fragmentArr.join("\n")); //----- 这段代码是从 render 里搬过来的, 因为不会进行改动就不放在帧循环中了 ----- //指定着色器代码的 va0 代表的数据段, 表示顶点的 x, y, z 坐标 _context3D.setVertexBufferAt(0, _vertexBuffer, 0, Context3DVertexBufferFormat.FLOAT_3); //指定着色器代码的 va1 代表的数据段, 表示顶点的 u, v 数据 _context3D.setVertexBufferAt(1, _vertexBuffer, 3, Context3DVertexBufferFormat.FLOAT_2); //指定上传的纹理由 fs0 表示 _context3D.setTextureAt(0, _texture); //指定当前使用的着色器对象 _context3D.setProgram(_program3D); } private function render(event:Event):void { //清除已绘制过的 3D 图像 _context3D.clear(); //通过顶点索引数据绘制所有的三角形 _context3D.drawTriangles(_indexBuffer); //将后台缓冲的图像显示到屏幕 _context3D.present(); } } }
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