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BreakOut_OpenGL下

发表于 更新于
作者 senlongan
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BreakOut_OpenGL下

粒子

在游戏中创造一些有趣的效果比如火焰，青烟，烟雾，魔法效果，炮火残渣等

粒子特效由众多粒子组成，每个粒子其实就是总是面向摄像机方向，且大部分区域是透明的纹理的小四边形（sprite），

粒子结构体有生命值，位置，速度，颜色属性，

粒子有额外的shader，使用vec2 offest位置控制粒子运动，它还包含uniform color颜色,让我们可以方便更改粒子颜色，粒子很小，我们会在.vs中直接*缩放10倍

通常会创建粒子生成器管理，它会不断生成新的粒子，旧的粒子会逐渐消亡，并且粒子的颜色可能会随着距离生成点越远颜色越暗（想象火焰）

  • init初始化顶点数据，初始化粒子数组
  • Update添加新的粒子，更新有效粒子的生命周期（减少），位置和颜色（a分量减少）
  • Draw循环每个粒子，调用drawcall
  • respawnParticle重置粒子属性，颜色位置随机，速度为父物体速度的0.1（如果速度一致就不会有拖尾效果）
  • firstUnusedParticle首个无效粒子的索引（以便用新生成粒子更新它），一般情况即将无效的粒子总在上个无效粒子的右边，如果没有找到，在左边进行线性查找，再否则返回第一个粒子索引

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这里的粒子life要设置短一些，否则会出现粒子不会断空情况，因为当vector满了，生命周期长，找不到无效的粒子，就只会更新0索引粒子(仅有一个粒子重置到玩家身上，其余仍以*0.1的速度移动)，因此出现断空

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这样就可以正常跟随了

顶点数据 vs. uniform

顶点数据通常存放顶点特有（每个顶点都不同）属性（位置，纹理坐标，法线等）

uniform通常存放物体公有（每个顶点都相同）属性（MVP矩阵，光源位置，光源颜色等）

如果将公有属性放到顶点数据，会效率降低（每个顶点都会运行一次着色器）

如果将特有属性放到uniform，很难维护庞大的顶点数据

渲染位置

顶点数据

model矩阵

glm::lookat创建观察矩阵，模拟摄像机位置和旋转，根据传入摄像机位置，目标位置，上向量

glm::ortho（左，右，底，顶，近，远）创建投影矩阵，截取世界坐标系，设置视景体裁剪范围，超出范围的不渲染，最终转换为标准化设备坐标（-1 – 1）

  • 这里如果比如bottom大于top，y轴取反，图像延y方向颠倒绘制

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framebuffer大小，首次会映射到fb中，再由fb映射到视口

glviewport视口变换，用于关联窗口和裁剪区域，定义了最终渲染结果在窗口中的显示区域（会将裁剪范围转换为视口大小，呈现在窗口，如果视口小于窗口，剩余窗口未使用）

glfwCreateWindow显示在显示器的窗口大小

postprocessing

打算制作三种特效：shake, confuse和chaos

  • shake：轻微晃动场景并附加一个微小的模糊效果。
  • confuse：反转场景中的颜色并颠倒x轴和y轴。
  • chaos: 利用边缘检测卷积核创造有趣的视觉效果，并以圆形旋转动画的形式移动纹理图片，实现“混沌”特效。

这些后处理都需要framebuffer，步骤为：

  • 绑定MSFBO（自定义多重采样的帧缓冲（离线渲染）），和往常一样渲染游戏，RBO附件作为（渲染缓冲附件（只读））渲染目标
  • 将MSFBO内容Blit位块传输至FBO（自定义帧缓冲中（颜色缓冲附件））
  • 解除绑定（绑定回默认的帧缓冲，它负责渲染到屏幕）
  • 在post_Processor_shader中使用FBO的颜色缓冲纹理
  • 渲染屏幕大小的四边形作为post_Processor_shader的输出
卷积

卷积是一个强有力的数学工具，在CG/CV方面有非常不错的运用，能产生很多效果和输出

数学定义:

\(F(n) = (f * g)(n) = \int_{-\infty}^{\infty} f(\gamma)g(n - \gamma)dr\) 离散定义： \(F(n) = (f * g)(n) = \sum_{\gamma = 0}^{N} f(\gamma)g(n - \gamma)\) 其中： \(n = \gamma + (n - \gamma)\)

f (τ) 表示被积函数，而 g (n − τ) 表示卷积核函数。

f(x) 与 f ( τ )之间还存在着如下关系: \(f(x) = \int_{-\infty}^{\infty} f(\gamma)dr\)

可以形象理解：

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post_Processor_shader

shader：接受分支，决定纹理应用哪种后期处理效果

.vs：接受屏幕大小的quad的顶点位置（通常）和自定义帧缓冲的颜色缓冲纹理

.fs：改变颜色输出

抖动:根据时间（时间越长，移动越小）和强度值（强度越大，移动越大）影响quad渲染位置

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float strength = 0.01;
gl_Position.x += cos(time * 10) * strength;        
gl_Position.y += cos(time * 15) * strength;

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颠倒贴图：xy纹理坐标取反

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TexCoords = vec2(1.0 - texture.x, 1.0 - texture.y);

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圆形旋转动画

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float strength = 0.3;
vec2 pos = vec2(texture.x + sin(time) * strength, texture.y + cos(time) * strength);        
TexCoords = pos;

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根据offests(被积偏移量)采样颜色

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for(int i = 0; i < 9; i++)
    sample[i] = vec3(texture(scene, TexCoords.st + offsets[i]));

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反转颜色

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color = vec4(1.0 - texture(scene, TexCoords).rgb, 1.0);

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边缘检测卷积核edge_kernel

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for(int i = 0; i < 9; i++)
    color += vec4(sample[i] * edge_kernel[i], 0.0f);
    color.a = 1.0f;

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模糊卷积核blur_kernel

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for(int i = 0; i < 9; i++)
    color += vec4(sample[i] * blur_kernel[i], 0.0f);
    color.a = 1.0f;

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PostProcessor

后期处理管理器

  • 构造函数：初始化，两个帧缓冲，quad顶点数据，卷积核以及偏移量
  • BeginRender绑定MSFBO（使用额外的帧缓冲，多重采样目的获得更好的效果，通过glRenderbufferStorageMultisample（））
  • EndRender位块传输到FBO，解除绑定
  • Render绘制（bind + drawcall）
    修改Game类

    在渲染中执行正确的bind

我们只想允许晃动效果持续一小段时间，在碰撞触发时更改uniform变量为true

设计开发一些Gameplay/优化模块

关卡循环：4个关卡循环

窗口大小调整：需要回调帧缓冲，视口两个

砖块根据颜色区分生命值（1，2，3，4），只有当生命值为0才会销毁，否则反弹，并将a分量降低为 当前生命 / 总生命

道具

本节加入道具（Gameplay）模块，任何一个砖块在被销毁时都有一定几率产生一个道具块，这样的道具快会缓慢降落，而且当它与玩家挡板发生接触时，产生对应效果，否则如果超出屏幕销毁

上一节制作了3种特效，通过简单修改unifrom变量就可以启用，我们设置后两种通过道具触发

会有以下6种道具（4种增益道具与2种负面道具）：

  • Speed: 增加小球20%的速度
  • Sticky: 当小球与玩家挡板接触时，小球会保持粘在挡板上的状态直到再次按下空格键，这可以让玩家在释放小球前找到更合适的位置
  • Pass-Through: 非实心砖块的碰撞处理被禁用，使小球可以穿过并摧毁多个砖块
  • Pad-Size-Increase: 增加玩家挡板50像素的宽度
  • Confuse: 短时间内激活confuse后期特效，迷惑玩家
  • Chaos: 短时间内激活chaos后期特效，使玩家迷失方向
    Powerups

    Powerups道具类继承游戏对象，每个道具以字符串的形式定义它的类型 它有持续时间（0表示无限），类型，是否激活的额外属性，定义vector存储上述6种道具，以及一些函数：

  • ShouldSpawn给定int，通过随机值，返回bool（每种道具有1/int概率为真）
  • SpawnPowerUps根据ShouldSpawn随机生成一个/多个道具，存放在vector（每个道具最多一次）
  • isOtherPowerUpActive给定类型，获取是否是激活的
  • UpdatePowerUps更新所有当前被激活的道具的属性（位置，持续时间），当Duration结束，会根据道具类型取消当前效果
  • ActivatePowerUp会根据道具类型激活道具效果
修改Game类

当销毁砖块，生成道具，与玩家碰撞使用道具，否则销毁 Sticky和Pass-through道具稍微改变了一些原有的游戏逻辑，因此会修改Ball类（增加了两个属性） …… 1731681600324

音乐音效

IrrKlang是一个可以播放WAV，MP3，OGG和FLAC文件的高级二维和三维（Windows，Mac OS X，Linux）声音引擎和音频库。它还有一些可以自由调整的音频效果，如混响、延迟和失真。 使用非常简单，只需要导入库,初始化声音引擎，并通过play播放音乐，bool控制是否循环

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#include <irrklang/irrKlang.h>
using namespace irrklang;
ISoundEngine *SoundEngine = createIrrKlangDevice();
SoundEngine->play2D("…….mp3", GL_TRUE);

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文本

添加TextRenderer:文本渲染类，Text shaders文本着色器

  • 构造：
  • Load指定字体文件和字体大小，会加载128个ASCII的字符，将结果（字形纹理（库生成的），大小，垂直偏移，水平偏移）存储在map Characters中
  • RenderText,渲染字形，接受字符串，指定位置，大小，颜色，循环每个字符渲染，这里由于orthor中设置（y值取值从顶部到底部递增），需要改变计算垂直方向偏移的方法

FT_Library ，FT_Init_FreeType初始化字体库 FT_Face ，FT_New_Face字体（字符的样式）文件 FT_Set_Pixel_Sizes定义字体大小 FT_Load_Char将其中一个字形（单个字符的具体形状）设置为激活字形

增加gameplay

√正常情况，游戏关卡循环 √左上显示当前关卡，销毁的砖块计数，死亡次数 √按下tab调出重置游戏菜单：暂停游戏：停止update逻辑（游戏对象属性），渲染正常 √按键w s切换开始关卡， √enter重置关卡，会重置所有数据（窗口，音乐） √如果未选择再次按下q，不会发生任何 √字体颜色

————————————-OpenGL 小游戏实战 完结——————————————–

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