opengl - libgdx如何在3D中使用着色器

Question

在我的wip游戏中，我想达到一个吸引眼球的地步。目前，我在Ambientlight中添加了一些Directionla-light和Environment并用它渲染场景。但是现在我想向其中添加一个自定义的Shader。因此，我一直在寻找一些教程，并且出于某种原因，在几乎每个教程中，他们都在游戏中使用了Shader的另一个“版本”:

给ModelBatch一个String或FileHandle vertex/fragment -shader

用顶点和片段ShaderProgram创建一个Shader。

使用此顶点和片段DefaultShader创建新的Shader。

创建一个类，该类实现Shader并使用此ShaderClass。

我认为还有更多可能性，因为还有 ShaderProvider和其他类。
我对所有这些可能性感到困惑。所以我正在寻找可以指出正确方向的人。
为了让您更轻松，我告诉您我拥有什么和我需要什么:
我有:

应该绘制所有内容的ModelBatch。

我想向其应用Array<ModelInstance>的Shader实例。

一个Texture及其NormalMap，都存储为Texture。

我的光的position，direction和color表示为Vector3，其强度表示为float。

环境光及其强度的color，指定为Vector3和float。

以“Vector3”形式给出的“Falloff”灯。

我需要:

将Texture及其Normal Map绑定(bind)到Shader。

将灯光位置，方向，颜色和强度赋予Shader。

为Shader提供环境光的颜色和强度。

将Falloff向量提供给Shader。

将此Shader用于Array中所有与我的ModelBatch一起绘制的“实例”。

我想做的另一件事是，对不同的模型使用不同的 Texture。
我所有的 ModleInstance都带有带纹理的 Material。我拥有所有这些不同 Texture的法线贴图。现在，我希望能够根据 Texture的 Normal Map中的 Shader将正确的 Texture和 Material绑定(bind)到 Modelinstance。

我想，如果可能的话，更“高级”的事情是对我的游戏中的不同 Shader使用不同的 ModelTypes(Stonewall使用不带“Specularity”和“Reflection”的 Shader，而Metalwalls使用 Specularity)。

在Libgdx中执行此操作的最佳方法是什么？
如何绑定(bind)我拥有的不同变量？ (例如，使用ShaderProgram，我可以使用 setUniformi)。

非常感谢。如果您需要更多信息或难以理解，请告诉我，我将尝试提出一个更好的问题。

编辑:我认为最好的方法是创建一个新的 Shader类，该类实现 Shader。但是我想听听有关设计，性能和可能的限制的所有其他可能性，它们的优缺点。

Answer 1

可以在here中找到有关3d api渲染管道的总体说明。 This tutorial指导您从头开始创建新的Shader。 this tutorial展示了如何使用自定义属性将数据传递到着色器。 This wiki page还说明了如何使用Material Attributes以及Attributes支持的DefaultShader。

在LibGDX中，Shader和ShaderProgram之间存在区别。 ShaderProgram 只是GPU实现(顶点和片段着色器程序)，基本上只是编译后的GLSL文件。例如，您可以在ShaderProgram上设置制服，然后用它来渲染网格。但是ShaderProgram本身并不“知道”如何呈现模型。
Shader接口(interface)旨在弥合ShaderProgram和Renderable(后者是模型的最小可渲染部分)之间的间隙。因此，Shader最通常会封装ShaderProgram并确保设置正确的制服等。(请注意，严格来说Shader不必封装ShaderProgram。例如，在删除GLES1支持之前，还有一个GLES1着色器可以管理固定渲染管道，而不是封装ShaderProgram)

BaseShader 类是abstract帮助器类，它实现Shader接口(interface)，封装了ShaderProgram并添加了一些帮助器方法来轻松设置制服。如果您扩展此类，则可以轻松实现register和set统一，例如像这样:

public class MyShader extends BaseShader {
    public final int u_falloff = register("u_falloff");
    ...
    @Override
    public void render (final Renderable renderable) {
        set(u_falloff, 15f);
        ...
        super.render(renderable);
    }
}

这会将名为“u_falloff”的统一设置为指定值 15f(它将调用setUniformX)。如果 ShaderProgram(glsl文件)未实现名为“u_falloff”的统一名称，则它将简单地忽略该调用。您也可以使用 if (has(u_falloff)) { /* calculate falloff and set it */ }进行检查。 BaseShader还增加了为每个制服使用 Validator和 Setter的可能性。
DefaultShader扩展了 BaseShader并为大多数 Material Attributes添加了默认实现。如果要查看每个制服的名称，请看看 at the source。实际上，如果使用与DefaultShader相同的统一命名，则可以仅指定glsl文件，并让DefaultShader负责设置统一。当然，可以扩展DefaultShader以添加其他制服。

当您调用 ModelBatch#render(...)时， ModelBatch将查询 ShaderProvider以获取要使用的 Shader。这是因为顶点属性和 Material 属性的每种可能组合都可能需要不同的 Shader。例如，如果您有两个 ModelInstance(或更准确地说，两个 Renderable)，一个具有 TextureAttribute.Diffuse，一个没有纹理但具有 ColorAttribute.Diffuse。然后，最常见的是，ShaderProvider需要创建两个不同的 Shader。请注意，它们可以属于同一类(例如DefaultShader)，但是底层的GLSL文件可能不同。
DefaultShader使用预处理器宏(ubershader)来处理此问题。根据顶点属性和 Material 属性，它将 #define多个标志，从而使glsl程序专门针对顶点和 Material 属性的组合进行编译。如果您想了解如何完成，请查看 the glsl files。

因此，实际上，您可能需要拥有自己的 ShaderProvider和自己的 Shader(通过从头开始实现，扩展 BaseShader或扩展 DefaultShader)。您可以为此扩展 DefaultShaderProvider，并在需要时退回到 DefaultShader，例如:

public class MyShaderProvider extends DefaultShaderProvider {
    ... // implement constructor
    @Override
    protected Shader createShader (final Renderable renderable) {
        if (renderable.material.has(MyCustomAttribute.Type))
            return new MyShader(renderable);
        else
            return super.createShader(renderable);
    }
}

tl; dr如果要使用自己的ubershader或修改版的ubershader，使用与默认着色器相同的制服，则只需提供glsl文件。如果要使用相同的制服，但要添加一两个额外的制服，则扩展DefaultShader可能很容易。否则(或者如果您正在学习着色器)，我建议按照 This tutorial中所述从头开始创建着色器。