Cocos2d-x开发者指南09：3D功能

也许你已经开始接触Cocos2d-x，或者仅仅知道它是一个2D游戏引擎。但很多人可能不清楚，从3.x版本开始，Cocos2d-x就增加并改进了3D功能。众所周知，3D游戏有着巨大的市场前景，Cocos2d-x中已经具备了3D开发所需的所有功能。

如果你对3D开发还比较陌生，很多专业术语也不熟悉，不用担心。这篇文章将带你了解一些额外的软件工具，一同探索Cocos2d-x中的3D功能。

初学3D

Sprite3D

和2D游戏一样，3D游戏中也有Sprite对象，它是任何游戏的核心基本对象。3D精灵不仅有x、y轴，还多了z轴。与常见的Sprite类似，Sprite3D有多种使用方式。以下是加载并显示一个Sprite3D对象的简单示例：

auto sprite = Sprite3D::create("boss.c3b");
sprite->setScale(5.f);
sprite->setPosition(Vec2(200,200));
scene->addChild(sprite);

上述代码基于提供的文件创建了一个Sprite3D对象。

术语

虽然这里没有专门的语言类，但在使用3D时，你需要了解一些常用术语：

• Mesh（网格）：构建一个形状的顶点以及对应的渲染纹理。
• Model（模型）：可被渲染的对象，是网格的集合。在Cocos2d-x引擎中，我们通常称之为“Sprite3D”。
• Camera（摄像机）：由于3D场景不是平面的，所以需要设置一个摄像机。不同场景的摄像机参数各不相同。
• Light（光线）：光线用于使场景更接近真实世界。游戏中的对象要想看起来更真实，其颜色必须随光线变化。面对光线时是亮的，背对光线时则是暗的。用光线照射一个对象意味着该对象必须根据光线来计算其颜色。

使用Sprite3D

给Sprite3D对象添加3D模型

前文提到3D模型是网格的集合，因此可以将一个3D模型添加到其他3D模型上，以创建丰富的效果。下面以给对象添加武器为例，首先需要找到武器要添加到的附着点，可使用getAttachNode(attachment_point_name)函数实现，然后使用addChild()函数将新模型作为子节点添加到附着点上。这一过程可以理解为将多个简单的3D模型组合起来创建更复杂的模型。示例代码如下：

auto sp = Sprite3D::create("axe.c3b");
sprite->getAttachNode("Bip001 R Hand")->addChild(sp);

更换3D模型

在进行3D建模时，可能需要给模型添加动态变化，比如道具、外观的变化或视觉信号，以使用户注意到模型状态的改变。

如果3D模型由网格组成，可以使用getMeshByIndex()和getMeshByName()来访问网格数据，从而实现更换武器或改变对象外观的效果。例如，给女孩穿上一件外套，可通过改变正在使用的网格对象的可见度来实现：

auto sprite = Sprite3D::create("ReskinGirl.c3b");
// display the first coat
auto girlTop0 = sprite->getMeshByName("Girl_UpperBody01");
girlTop0->setVisible(true);
auto girlTop1 = sprite->getMeshByName("Girl_UpperBody02");
girlTop1->setVisible(false);
// swap to the second coat
girlTop0->setVisible(false);
girlTop1->setVisible(true);

动画

Sprite3D对象是游戏的核心，我们已经学习了如何操作精灵，接下来还需要掌握更复杂的操作，比如动画。可以使用Animation3D和Animate3D对象来运行一个3D动画。首先使用Animation3D对象创建一个Animate3D动作，示例代码如下：

// the animation is contained in the .c3b file
auto animation = Animation3D::create("orc.c3b");
// creates the Action with Animation object
auto animate = Animate3D::create(animation);
// runs the animation
sprite->runAction(RepeatForever::create(animate));

运行《开发者指南示例》中的代码可以看到这个动作效果。需要注意的是，3D动画与2D中的概念完全相同，可参考开发者指南中的第四章。

多个动画

当需要同时运行多个动画时，可以使用animation start time和animation length这两个参数来创建多个动画，这两个参数的单位都是秒。示例如下：

auto animation = Animation3D::create(fileName);
auto runAnimate = Animate3D::create(animation, 0, 2);
sprite->runAction(runAnimate);
auto attackAnimate = Animate3D::create(animation, 3, 5);
sprite->runAction(attackAnimate);

在上述示例中，有两个动画在运行。第一个动画立即运行并持续2秒，第二个动画在3秒后开始并持续5秒。

动画速度

动画的速度为正整数时动画前进，为负数时动画后退。例如，将动画速度设置为10，意味着该动画持续10秒。

混合动画

当使用多个动画时，混合效果会自动应用于各个动画之间，其目的是在特效之间创建一个平滑的过渡效果。例如有两个动画A和B，动画A的最后一帧和动画B的第一帧重叠，使动画之间的改变看上去更自然。

默认过渡时间为0.1秒，也可以使用Animate3D::setTransitionTime方法来设置过渡时间。Cocos2d-x只支持关键帧之间的线性插值，这可以填补曲线中的空缺，确保有一个平滑的路径。如果在制作模型过程中使用了其他插值方法，建模型工具fbx-conv将产生额外的关键帧来弥补，这种弥补将根据目标帧实现。更多关于fbx-conv的信息将在本章最后讨论。

摄像机

摄像机类型

Camera对象在3D建模中非常重要，因为3D世界不是平面的，需要使用Camera作为3D世界的导航，就像看电影时屏幕面板的左右切换一样。Camera对象继承自Node，因此支持大部分的Action对象。Camera对象有两种类型：透视（perspective）摄像机和正交（orthographic）摄像机。

• 透视摄像机：用于查看具有远近特效的对象。使用透视摄像机时，物体在近处看上去较大，在远处看上去较小。
• 正交摄像机：用于查看在较远距离处的对象，可以将其想象成将3D世界转换到2D视角。使用正交摄像机时，无论离Camera对象多远，物体大小不变。游戏中的迷你地图通常使用正交摄像机渲染，地牢游戏中的由上到下的视角也使用正交摄像机。

摄像机的使用

在Cocos2d-x中使用Camera对象并不复杂。当使用3D时，基于Director对象的投影属性，每个Scene都会自动创建一个默认摄像机。如果还需要其他摄像机，可以通过以下方法创建：

auto s = Director::getInstance()->getWinSize();
auto camera = Camera::createPerspective(60, (GLfloat)s.width/s.height, 1, 1000);
// set parameters for camera
camera->setPosition3D(Vec3(0, 100, 100));
camera->lookAt(Vec3(0, 0, 0), Vec3(0, 1, 0));
addChild(camera); //add camera to the scene

默认摄像机为透视摄像机，如果需要创建正交摄像机，可以使用Camera::createOrthographic()方法，示例如下：

auto s = Director::getInstance()->getWinSize();
auto camera = Camera::createOrthographic(s.width, s.height, 1, 1000);

从摄像机中隐藏对象

有时不需要所有的对象都显示在摄像机的视图中，从摄像机中隐藏对象非常简单，只需要对节点设置setCameraMask(CameraFlag)，对摄像机设置setCameraFlag(CameraFlag)。示例如下：

//Camera
camera->setCameraFlag(CameraFlag::USER1);
//Node
node->setCameraMask(CameraFlag::USER1);

光

光对于创建游戏格调和氛围非常重要。目前Cocos2d-x支持4种光线，开发者可根据需要使用不同的光线，每种光线实现了不同的效果。

Ambient Light（环境光）

AmbientLight对象将光应用于整个场景中，就像办公环境中，所有的灯都在天花板上，办公室中的每一个对象都处于同样的光线中。示例代码如下：

auto light = AmbientLight::create (Color3B::RED);
addChild (light);

Directional Light（平行光）

DirectionalLight对象通常用于模拟一种无限远的光源，如太阳光。使用DirectionalLight时，无论在什么情况下，其密度都是相同的。示例代码如下：

auto light = DirectionLight::create(Vec3(-1.0f, -1.0f, 0.0f), Color3B::RED);
addChild (light);

Point Light（点光源）

PointLight对象通常用于模拟灯泡、灯或者手电筒的效果，其方向是从光点的位置照射出来的。根据距离PointLight的远近，光线的密度不同，离起始位置越近，光线越强；离终点位置越近，光线越暗，投影的距离越大，光线越弱。示例代码如下：

auto light = PointLight::create(Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), Color3B::RED, 10000.0f);
addChild (light);

Spot Light（聚光灯）

SpotLight对象通常用于模拟类似手电筒的聚光效果，它只在一个方向发射锥形状光源。例如在黑暗环境中，如地牢游戏中可以看到火把的位置，但只能看到手电筒发射出来的有限的圆锥形范围。示例代码如下：

auto spotLight = SpotLight::create(Vec3(-1.0f, -1.0f, 0.0f), Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), Color3B::RED, 0.0, 0.5, 10000.0f);
addChild (spotLight);

Light Masking（光照遮罩）

在厨房或卧室中，可能会使用多个灯，但有时只需要用一个灯来照亮某个部分，这其实就是在应用Light Masking。Light Masking作用于Node上，只应用于特定的照明光源。例如，在一个场景中有三个光源，一个节点只能被一个光源照亮，而不是三个。可以用setLightFlag(LightFlag)函数控制哪个节点对象被光源照到。需要注意的是，所有的光源通过单一路径渲染。由于移动平台性能问题，不推荐使用多个光源，默认最大值为1。如果需要打开多个光源，必须在info.plist文件中定义如下关键词：

• cocos2d.x.3d.max_dir_light_in_shader
• cocos2d.x.3d.max_point_light_in_shader
• cocos2d.x.3d.max_spot_light_in_shader

3D编辑器

3D编辑器是用于构建3D图形的一系列工具，既有商业工具也有免费工具。比较主流的编辑器有：

• Blender（免费）
• 3DS Max
• Cinema4D
• Maya

大部分3D编辑器保存的文件都是通用格式，以便在其他编辑器中能方便使用，同时也便于游戏引擎以通用方式导入模型。

Cocos2d-x提供的工具

fbx - conv命令行工具

fbx - conv命令行工具允许将一个FBX文件转换为Cocos2d-x专有的格式。FBX是目前最主流的3D文件格式，所有的主流编辑器都支持这种格式。fbx - conv默认导出.c3b格式的文件，使用起来很简单，只需要几个参数：

fbx - conv [-a|-b|-t] FBXFile

参数含义如下：

• -?：帮助
• -a：导出文本格式和二进制格式
• -b：导出二进制格式
• -t：导出文本格式

例如：

fbx - conv -a boss.FBX

关于fbx - conv需注意以下几点：

• 模型必须有材质，且材质中至少包含一个纹理。
• 目前只支持骨骼动画。
• 目前只支持一个骨骼对象，不支持多个。
• 导出多个静态模型可以创建一个3D场景。
• 网格的顶点数或者指数的最大值是32767。

3D文件格式

目前Cocos2d-x支持两种3D文件格式：

• Wavefront Object文件：.obj文件。支持这种格式是因为3D编辑器广泛接受它，并且非常容易解析，但这种格式受限制，不支持高级特征，如动画。
• Cocos2d - x 3D ad - hoc格式：c3t和c3b文件。这是Cocos2d - x的专有文件格式，接受动画、材质和其他高级3D特征。后缀“t”代表文本，后缀“b”代表二进制。开发者通常需要使用c3b，因为它非常高效；但如果需要调试文件，在git或者其他VCS中追踪更改日志，则需要使用c3t。

进阶概念

BillBoard

BillBoard（并不是指高速公路边上的广告牌）是一个特殊的精灵，它一直正对着摄像机。旋转Camera的同时，BillBoard对象也会跟着旋转。使用BillBoard是一种常见的渲染技术，例如在速降滑雪比赛中，滑雪者路过的树木、石头或者其他物体都是BillBoard对象。

BillBoard的用法

创建BillBoard对象很容易，BillBoaed继承自Sprite，所以它支持Sprite对象的大部分属性。可以使用以下方法创建BillBoard对象：

auto billboard = BillBoard::create("Blue_Front1.png", BillBoard::Mode::VIEW_POINT_ORIENTED);

还可以为摄像机的XOY平面（想象成飞机的地板）创建一个BillBoard对象，只需改变BillBoard对象的模式：

auto billboard = BillBoard::create("Blue_Front1.png", BillBoard::Mode::VIEW_PLANE_ORIENTED);

create方法看上去有些不同，因为BillBoard::Mode中多传递了一个参数。有两种BillBoard::Mode类型：VIEW_POINT_ORIENTED和VIEW_PLANE_ORIENTED。

• VIEW_POINT_ORIENTED代表Billboard对象面向摄像机的位置。
• VIEW_PLANE_ORIENTED代表Billboard对象面向摄像机XOY平面的位置。

还可以给BillBoard设置属性，就像其他Node一样，属性包括但不限于缩放、位置、旋转。例如：

billboard->setScale(0.5f);
billboard->setPosition3D(Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
billboard->setBlendFunc(BlendFunc::ALPHA_NON_PREMULTIPLIED);
addChild(billboard);