使用opengl es編寫2d遊戲的一些說明和技巧
即使是製作2d遊戲,在移動裝置上也往往使用opengl es繪圖介面,來達到較高的繪製效率。這裡記錄一下我學習opengl es 2d繪圖過程中逐漸明白的一些原理與技巧。
opengl 3d貼圖的基本流程是:
a.使用3d座標指定一些描述物體空間位置的頂點(例如一個立方體,或者平面上的一個三角形,指定它們的頂點)
b.給每一個位置座標指定一個紋理座標,表示紋理圖上的哪個點對應這個位置座標
c.位置座標和紋理座標都提交後,opengl根據這些資訊,使用插值、縮放等方式,將紋理圖貼到物體上
如果是2d遊戲貼圖,上述流程不變,只是3d位置座標變為2d位置座標,並且2d位置座標描述的平面圖像往往是兩個三角形拼成的正方形。這個正方形的四個頂點,再對應到一張矩形的2d遊戲素材圖片的四個角上。
基本的流程清楚了,剩下的就是一些細節,以及一些2d圖形操作技巧在opengl上的對應實現方法。目前我想到的有以下幾點
1、座標系轉換 2、貼圖問題 3、顏色表 4、緩衝區操作1、座標系轉換
這個座標系轉換指的是如何從opengl座標系轉換到2d遊戲常用的左上角為原點的座標系 opengl從提交位置頂點到在視窗上渲染出畫素,使用的座標系有:物體座標、視點座標、裁剪座標、正規化裝置座標、視窗座標 a.提交頂點時,使用的是物體座標。 b.使用glTranslate\glRotate等函式,可以對物體進行平移和旋轉,從物體座標轉換為視點座標。(2d遊戲不涉及旋轉的部分,常常直接給物體設定世界座標,可以說跳過了這一步)。void glViewport |
GLint | x, |
GLint | y, | |
GLsizei | width, | |
GLsizei | height) ; |
void glOrtho(
GLdouble left, GLdouble
right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble nearVal, GLdouble farVal)
;我們只要把這個函式的引數bottom設為視窗高度height,引數top設為0,即可正常使用慣用的2d座標系了(原點在左上角)。從bottom和top的字面意義上來講,要想使繪圖座標的y軸向下為正,確實應該這樣設定(反之,設定bottom=0,top=height,就是opengl視窗座標那樣的y軸向上座標系了)。從原理上講,這個函式只是設定了一個座標變換矩形,這個變換矩形的各個係數是根據我們呼叫glOrtho函式時設定的引數算出的。感興趣的同學可以去看看opengl關於這個函式的官方文件,自己計算一下。 關於座標變換,opengl官網網站的一個faq網頁解釋的比較清楚
2、紋理貼圖細節
a.影象出現白邊或者影象移動時產生閃爍
如果使用縮放操作的話,一定要注意紋理環繞的設定。因為縮放操作導致螢幕上的畫素點和紋理圖片不是一一對應,就需要opengl來進行過濾取樣。在紋理過濾不是臨近點過濾時,對紋理邊緣的過濾就可能包含紋理影象外的點。紋理環繞決定了影象外部點如何取值,像GL_CLAMP就會採用一種可設定的固定邊界顏色。GL_CLAMP_TO_EDGE則忽略影象外部點。如果採用CL_CLAMP,在拼接紋理時,容易產生黑邊。詳細的解釋可以見這篇文章http://www.linuxgraphics.cn/opengl/texture_fix_seam.html 但因為2d遊戲紋理座標經常和畫素一一對應,如果不進行放大和縮放的話,就不會出現這種現象。 另外一種貼圖時產生縫隙的原因,是opengl習慣使用寬高是2的冪的紋理圖片,如果引擎對不符合要求的圖片進行了自動補齊的話,補足的畫素如果沒有正確初始化,也會在放大縮小的邊界線性過濾時產生縫隙,而且這時是與紋理環繞模式無關的。 我還碰到過影象閃爍的問題。那是在移動一副圖片並對圖片進行縮放時發生的。我猜測原因是圖片位置發生變化後,因為位置變化量和縮放倍數不一致(例如放大兩倍,但是一個畫素一個畫素的移動圖片),縮放過程中取樣點也相應變化。影象上某些畫素點一會取樣到紋理圖上的亮點,一會取樣到暗點,導致閃爍。 b.紋理壓縮 同樣規模的2d遊戲,使用的圖片量要遠大於3d遊戲(想象一個滾動的球體,2d的話需要球體滾動過程中每一幀的圖片,3d的話給一張球體整體紋理圖就好了)。一個效果出眾的移動裝置遊戲,記憶體往往容易拙荊見肘。這時可以採用低色深圖片,例如從RGBA8888轉為RGBA4444,圖片記憶體使用量輕鬆減了一半,效果上其實看不太出來區別。 如果想進一步榨取記憶體,使用opengl的硬體紋理壓縮是個好方法。這樣不僅可以減低記憶體使用,還可以加快渲染速度。如果是opengl完全版,只要提交紋理時,glTexImage2D的第三個引數internalformat使用GL_COMPRESSED_RGBA即可,opengl會負責在載入時壓縮紋理。這樣可以立刻看到壓縮的效果(在我的一個已使用RGBA4444圖片的專案中,100m的記憶體消耗,使用紋理壓縮後變為40m)。可惜的是,opengl es不支援載入時壓縮。關於預壓縮為PVR等紋理格式,Apple網站上有詳細介紹。3.顏色表
2d遊戲中經常使用索引色圖片,執行時動態改變調色版,來達到一些色彩變幻的效果。在opengl裡,這些效果應該如何實現? a.glColor*方法 glColor實際設定的是頂點的顏色,而頂點顏色決定幾何圖形顏色。一般採取的opengl紋理設定,是紋理顏色會與幾何圖形顏色相調製(即相乘)。用這種方法,可以達到動態減弱紋理中某個顏色通道(R\G\B\A)的效果。 b.顏色對映 顏色對映,可以將某個顏色對映為另外一種顏色。用於顏色緩衝區和外部影象資料轉移時使用,即在glDrawPixels/glReadPixels/glTexImage等API呼叫時發生。可以採用表格的方式,也可以採用color*scale+bias的計算公式。但是這種方式在進行對映時似乎只能是通道獨立的,,並不能將R\G\B結合起來對映 c.顏色矩陣和顏色表 屬於影象子集(opengl es不支援)。用於影象處理管線的各個過程中。顏色矩陣(glMatrixMode(GL_COLOR))即是RGBA色彩空間的矩陣運算,顏色表(glColorTable)類似上面的顏色對映 d.索引色紋理圖 Paletted textures,屬於一個擴充套件,這個應該就是指讓opengl在非索引色模式下支援索引色紋理圖。新硬體一般已經不支援。可以通過shaders達到同樣的功能。4.緩衝區操作
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