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Nomat / lcc-render

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仓库地址:lcc-render

lcc-render

Cocos Creator自定义渲染框架,更便捷,更自由的构建渲染效果。

前言

最近在Cocos论坛上看到很多人发的Shader效果,自己也想使用这些效果。但是发现大家发的Shader在Creator里面并不是太好使用,大家的Shader并没有考虑到Creator自己的合图与渲染合批功能,使用限制比较大。于是就有了这个项目。 本人最早是做cocos2dx的,接触creator没有多久,基本算是直接用吧,可能下面的代码会有更好的实现方式。

安装

安装十分简单,只要把这个项目作为Creator插件放到插件目录就可以了,具体请查看Creator插件包

使用

如果你想使用插件中内置的效果,你可以直接在节点上添加效果组件,如图: avatar

你可以直接添加一个以Effect*开始的效果组件,当然添加完后,一般需要再把渲染的图片拖动到自动添加的lcc$render.ShaderSpriteFrame组件里面。如图: avatar

好了,渲染效果应该已经出来了,你可以通过修改Effect*组件上的参数改变渲染效果。当然,如果你想要定制你的渲染,那么就需要看看下面的文档了。 其实渲染效果的基本参数都可以在Effect*里面设置,比如这个马赛克效果组件: avatar

  • 当然上面只是框架上附带的一些懒人包效果,多谢Cocos论坛上提供效果的大佬们。
  • 再看框架设计前,你应该具备一些基本的shader知识。

框架设计

框架并不是单个渲染组件,而是把节点作为渲染的容器。各种渲染参数通过组件的方式加入渲染系统中。渲染组件主要分为:

  • 渲染系统RenderSystem 这类组件继承了RenderComponent组件,主要负责渲染组织和刷新流程等操作。具体比如更新材质,属性,形状,顶点等。
  • 着色器组件ShaderComponent 着色器组件就是具体的渲染数据或则控制数据,比如 SpriteFrame, Color, Float, Vec2, Vec3, Vec4, Macro等。这类组件与向着色器传递的数据相关。

1、传递什么数据到Shader中?

框架通过着色器组件组织需要向Shader传递的数据。比如我们需要渲染一张图片,那么ShaderSpriteFrame组件应该是需要加入到渲染系统的,这个组件会负责把图片的数据传递到Shader里面;但是如果我们需要做Shader遮罩那么我们可能需要再添加一个 ShaderSpriteFrame 来把遮罩图片的数据传递进去;嗯,如果再想自定义下颜色,我们就再加一个 ShaderColor 组件。传递数据的大小是可控的,可以只传递需要的数据。

2、如何传递数据到Shader中?

一般我们向Shader中传递数据的方式有两种:

  • uniform 以常量的方式传递,在Creator中我们可以通过获取渲染组件的材质直接设置属性的值。 优势是简单;缺点是不利于渲染合批。
  • attribute 顶点数据的方式传递,在现在的Creator中我们不自定义渲染的类是办不到的。优势是可以合批渲染;缺点是现在Creator中不好实现,会消耗更多的内存。

但是特别是在需要大量渲染的地方,渲染合批是很重要的。所以框架使用了自定义数据传递方式,我们可以在着色器组件中选择每个数据传递的方式。当然有些数据是应该用指定的方式传递的,这类数据不能切换方式。 我们可以根据一个效果图对比:

  • 这是使用uniform方式传递数据的效果: avatar
  • 这是使用attribute方式传递数据的效果: avatar

可以看出使用attribute方式Draw Call 数量少得多。 可能人看到上面的两张对比图片有问题,FrameTime在attribute方式下还要大一些。主要是因为统计的时间太小了,cocos统计的波动时间也差不多这个精度。上面只做了10张图片时候的对比,如果把图片对比数量提高到50张;那么就会明显发现attribute方式的FrameTime差不多还是上面的时间,但是uniform方式的FrameTime会大4倍左右。

3、如何自定义数据传递方式?

得益于Creator的Shader定义可以使用宏,比如:

#if USE_TEXTURE
uniform sampler2D texture;
#endif

通过宏定义我们可以动态裁剪Shader代码。比如我们在Shader的顶点着色器写入下面的代码[1]:

#if ATTR_COLOR
in vec4 a_color;
out vec4 color;
#elif UNIF_COLOR
uniform UNIF_COLOR {
	vec4 u_color;
};
out vec4 color;
#else
vec4 D_color = vec4(1,1,1,1);
out vec4 color;
#endif

如果我们想使用顶点传递颜色(顶点可以使用不同的颜色),那么我们可以在材质上定义ATTR_COLORtrue, UNIF_COLORfalse,然后通过顶点传递数据。如果我们想使用常量,可以定义ATTR_COLORfalse, UNIF_COLORtrue,然后定义常量。当然还有个默认的值,如果我们都定义为false的话。 在使用数据的时候我们也可以通过宏判断操作,如下;

if ATTR_COLOR || UNIF_COLOR
	// ... ... 这是如果传递了数据到着色器的操作
#endif

那么顶点着色器该怎么传递这些数据呢,很简单:

// 定义颜色
// 上面的代码段[1]

...

void main(){
	...
#if ATTR_COLOR
	color = a_color;    // 顶点颜色传递过去了
#elif UNIF_COLOR
    color = u_color;    // 常量颜色传递过去了
#else
    color = D_color;    // 默认颜色传递过去了
#endif
	...
    // 这里也可以使用color变量
    ...
}

然后就是片段着色器如何使用了,更简单:

...
in vec4 color;
...

void main(){
    ...
    gl_FragColor = color; // 使用color颜色
    ...
}

哈哈,看着是不是感觉还是要写很多东西,但是我们有宏,可以简化这些操作。

############## 顶点着色器
// 定义颜色
LCC_VERT_VALUE_DEFINE(COLOR, vec4, color, vec4(1.0,1.0,1.0,1.0))

...

void main(){
	...
// 传递颜色
LCC_VERT_VALUE_PASS(COLOR, color)
	...
    // 这里也可以使用 color
}

############## 片段着色器

// 导入颜色
LCC_FRAG_VALUE_IMPORT(vec4, color)

...

void main(){
	...
	gl_FragColor = color; // 这里color就随便用了
	...
}
  • 由于还没有怎么搞清楚插件怎么定义shader的include文件。所以现在框架都是手动添加的,具体的defines文件路径 lcc-render/framework/src/render/build/lcc-defines.inc

4、着色器组件上如何选择传递的方式?

在着色器组件上的变量基本上都定义了2种方式,如图:

  • UNIFORM 常量格式 avatar Unif Macro表示这个常量使用的宏,Name是宏名称,Check Only表示这个常量的宏只作为检测使用。

    • 所谓检测使用 表示只有前面定义了这个宏为true的时候,这个常量才启用,传递其值 这个用在多个数据绑定上,比如:
      #if USE_TEXTURE
      	in vec2 a_uv;
      	out vec2 uv;
      #endif
      只有在定义了USE_TEXTURE才会传递a_uv, 没有纹理,他的UV也没有作用。

    Unif Name 表示这个常量在Shader中的名称。

  • ATTRIBUTE 顶点数据 avatar 顶点数据的Attr MacroName 和上面常量意义相同, 特别注意的是如果是通过顶点传递数据,可以给每个顶点分配不一样的数据,比如给图片的四个点设置不同的颜色

着色器组件介绍

ShaderSpriteFrame

这个组件和图片相关,如果你的渲染效果需要图片的话需要添加这个组件,需要多少张图片就可以添加多少个。 avatar

  • Apply Shape 是否应用当前图片的尺寸,如果选择,那么渲染的尺寸以下面的设置为准(如果整个渲染系统中没有组件应用形状,则会用节点矩形的形状)。
  • Shape Type 形状的类型,可以直接使用节点的形状也可以自定义。
  • TrimSprite组件一致,配合上面的形状可以实现Sprite中的Simple模式。
  • Apply UV 应用这张图片的UV到Shader中。
  • Custom UV 可以定义UV顶点的顺序。
  • Apply UVRect 应用UV在合图后的rect矩形到Shader中,再也不用关闭合图了,但是你可能要计算真实UV与图片UV的关系,宏定义提供了宏函数
  • Apply Frame Size 这个可以算是传递图片的像素尺寸到Shader中,一些效果比如高斯模糊需要。

ShaderColor

这个组件和颜色有关,如果你的渲染效果需要传递颜色的话,需要添加这个组件。 avatar

  • Apply Node Color 直接应用节点的颜色。
  • Color Type 可以定义单色,也可以定义每个顶点颜色。
  • Vertex Colors 每个顶点的颜色, 顺序是 左下, 右下, 左上, 右上。可以在修改的时候直接看变化。

ShaderFloat/ShaderVec2/ShaderVec3/ShaderVec4

这一些数值的着色器组件只有数据类型不一样,具体用法包含在ShaderColor里面。

ShaderMacro

这个着色器组件主要是可以自由定义Shader中的宏。 avatar

  • Macro Name 定义的宏的名称。
  • Check Macro 如果不为空,则会检测这个宏是否为true, 如果为true才会定义这个组件的宏。
  • Value Type 宏的值类型,有Value数值和Bool布尔。
    • 注意Shader中的宏,定义值的方式。
      #pragma define LAYERS range([4, 5])
      #pragma define METALLIC_SOURCE options([r, g, b, a]) 
      Effect 语法
  • Bool 布尔值。
  • Value 数值。

Effect*系列具体效果组件

这些组件基本上就是在组装多个着色器组件,并且统一控制他们,具体效果都是使用这类组件。可以看看框架的Effect*组件类源码。 当前框架中内置的效果组件:

  • EffectFlashLight 扫光效果,可以配置扫光速度,角度,数量,间距,宽度等参数。
  • EffectFluxaySuper 流光效果,可以配置速度。
  • EffectGaussianBlur 高斯模糊,因为如果太大会有性能问题,所以没有开放配置接口。
  • EffectGlowInner 内发光效果,可以配置颜色,宽度,阈值和闪烁等。
  • EffectGlowOutter 外发光效果,和内发光效果差不多。
  • EffectMosaic 马赛克效果,可以配置程度(0-1)。
  • EffectOutline 外轮廓线效果,可以配置颜色,宽度,闪烁等。
  • EffectPhoto 照片效果,可以配置老照片/变灰/反相/冰冻/卡通,程度等。
  • EffectRoundCornerCrop 圆角裁剪效果,可以配置程度等。
  • EffectSpriteMask Shader遮罩效果,配置原图和遮罩图等,为了达到最佳的效果,最好关闭图片的自动裁剪并且原图和遮罩图的大小一样
  • EffectDissolve 溶解效果,配置噪音图,程度等。
  • FffectSmoothTransform 平滑过渡效果,配置过渡宽度,过渡方向,程度等。
  • EffectRainDropRipples 下雨波纹效果,配置波纹的密度,动态改变等。

其实,在添加了这些内置效果组件后,你同样可以再添加其他的着色器组件,只要shader里面支持对应的数据。比如内置的马赛克组件是没有设置颜色的,你完全可以自己在节点上添加一个ShaderColor组件以控制颜色。

结束语

这个框架简化并放开了Creator向Shader中传递数据的方式。我们可以把更多精力放在写好Shader上面,然后通过这个框架根据实际情况调整数据传递方式,以达到满意效果。框架内现在内置了部分效果,也会不定期更新从其他地方(比如shadertoy)移植过来的效果。

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