Materiały

Materiały służą do określania, jak powinien być renderowany komponent graficzny (sprite, mapa kafelków, font, węzeł GUI, model itd.).

Materiał przechowuje tagi, czyli informacje używane w potoku renderowania do wyboru obiektów, które mają zostać wyrenderowane. Zawiera też odwołania do programów shaderów, które są kompilowane przez dostępny sterownik graficzny, wgrywane do sprzętu graficznego i wykonywane za każdym razem, gdy komponent jest renderowany w danej klatce.

• Więcej informacji o potoku renderowania znajdziesz w dokumentacji renderowania.
• Szczegółowe wyjaśnienie programów shaderów znajdziesz w dokumentacji shaderów.

Tworzenie materiału

Aby utworzyć materiał, right click docelowy folder w przeglądarce Assets i wybierz New... ▸ Material. (Możesz też wybrać File ▸ New... z menu, a następnie Material). Nadaj nowemu plikowi materiału nazwę i naciśnij Ok.

Nowy materiał otworzy się w Material Editor.

Plik materiału zawiera następujące informacje:

Name

Tożsamość materiału. Ta nazwa służy do umieszczenia materiału w zasobie Render, aby uwzględnić go w czasie budowania. Jest też używana w funkcji API render.enable_material(). Nazwa powinna być unikalna.

Vertex Program

Plik programu shadera wierzchołków (.vp) używany podczas renderowania z tym materiałem. Program shadera wierzchołków działa na GPU dla każdego wierzchołka prymitywu komponentu. Oblicza pozycję każdego wierzchołka na ekranie i opcjonalnie generuje też zmienne „varying”, które są interpolowane i przekazywane do programu fragmentów.

Fragment Program

Plik programu shadera fragmentów (.fp) używany podczas renderowania z tym materiałem. Program działa na GPU dla każdego fragmentu (piksela) prymitywu i służy do określenia koloru każdego fragmentu. Zwykle robi się to przez odczyty tekstur i obliczenia oparte na zmiennych wejściowych (zmiennych varying albo stałych).

Vertex Constants

Uniformy przekazywane do programu shadera wierzchołków. Poniżej znajdziesz listę dostępnych stałych.

Fragment Constants

Uniformy przekazywane do programu shadera fragmentów. Poniżej znajdziesz listę dostępnych stałych.

Samplers

W pliku materiału możesz opcjonalnie skonfigurować konkretne samplery. Dodaj sampler, nazwij go zgodnie z nazwą używaną w programie shadera i ustaw parametry wrap oraz filter według potrzeb.

Tags

Tagi powiązane z materiałem. W silniku tagi są reprezentowane jako maska bitowa, z której render.predicate() korzysta do zbierania komponentów, które powinny zostać narysowane razem. Więcej informacji o tym, jak to zrobić, znajdziesz w dokumentacji renderowania. Maksymalna liczba tagów, których możesz użyć w projekcie, to 32.

Atrybuty

Atrybuty shadera (nazywane też strumieniami wierzchołków albo atrybutami wierzchołków) to mechanizm, dzięki któremu GPU pobiera wierzchołki z pamięci, aby renderować geometrię. Program shadera wierzchołków określa zestaw strumieni za pomocą słowa kluczowego attribute i w większości przypadków Defold tworzy oraz wiąże dane automatycznie w tle na podstawie nazw strumieni. Zdarza się jednak, że chcesz przekazać więcej danych na wierzchołek, aby uzyskać konkretny efekt, którego silnik sam nie produkuje. Atrybut wierzchołka można skonfigurować za pomocą następujących pól:

Name

Nazwa atrybutu. Podobnie jak w przypadku stałych shaderów, konfiguracja atrybutu zostanie użyta tylko wtedy, gdy będzie zgodna z atrybutem określonym w programie wierzchołków.

Semantic type

Typ semantyczny określa znaczenie semantyczne tego, czym jest atrybut i/lub jak powinien być wyświetlany w edytorze. Na przykład wskazanie atrybutu z SEMANTIC_TYPE_COLOR spowoduje, że w edytorze pojawi się wybierak koloru, a dane nadal będą przekazywane bez zmian z silnika do shadera.

• SEMANTIC_TYPE_NONE Domyślny typ semantyczny. Nie ma żadnego innego wpływu na atrybut poza bezpośrednim przekazaniem danych materiału dla tego atrybutu do bufora wierzchołków (domyślnie)
• SEMANTIC_TYPE_POSITION Generuje dane pozycji dla atrybutu na poziomie wierzchołka. Można go łączyć z przestrzenią współrzędnych, aby określić silnikowi sposób obliczania pozycji
• SEMANTIC_TYPE_TEXCOORD Generuje współrzędne tekstury dla atrybutu na poziomie wierzchołka
• SEMANTIC_TYPE_PAGE_INDEX Generuje indeksy stron dla atrybutu na poziomie wierzchołka
• SEMANTIC_TYPE_COLOR Wpływa na sposób interpretacji atrybutu przez edytor. Jeśli atrybut ma semantykę koloru, w inspektorze pojawi się widżet wyboru koloru
• SEMANTIC_TYPE_NORMAL Generuje dane normalnej dla atrybutu na poziomie wierzchołka
• SEMANTIC_TYPE_TANGENT Generuje dane stycznej dla atrybutu na poziomie wierzchołka
• SEMANTIC_TYPE_WORLD_MATRIX Generuje dane macierzy świata dla atrybutu na poziomie wierzchołka
• SEMANTIC_TYPE_NORMAL_MATRIX Generuje dane macierzy normalnych dla atrybutu na poziomie wierzchołka

Data type

Typ danych, na których oparty jest atrybut.

• TYPE_BYTE Wartości 8-bitowe ze znakiem
• TYPE_UNSIGNED_BYTE Wartości 8-bitowe bez znaku
• TYPE_SHORT Wartości 16-bitowe ze znakiem
• TYPE_UNSIGNED_SHORT Wartości 16-bitowe bez znaku
• TYPE_INT Wartości całkowite ze znakiem
• TYPE_UNSIGNED_INT Wartości całkowite bez znaku
• TYPE_FLOAT Wartości zmiennoprzecinkowe (domyślnie)

Normalize

Jeśli ma wartość true, wartości atrybutu zostaną znormalizowane przez sterownik GPU. Może to być przydatne, gdy nie potrzebujesz pełnej precyzji, ale chcesz wykonać obliczenie bez znajomości konkretnych limitów. Na przykład wektor koloru zwykle potrzebuje tylko wartości bajtowych z zakresu 0..255, a mimo to w shaderze jest traktowany jak wartość 0..1.

Coordinate space

Niektóre typy semantyczne obsługują dostarczanie danych w różnych przestrzeniach współrzędnych. Aby uzyskać efekt billboardingu ze sprite’ami, zazwyczaj chcesz mieć atrybut pozycji w przestrzeni lokalnej, a także w pełni przekształconą pozycję w przestrzeni świata, co daje najlepsze możliwości batchowania.

Vector type

Typ wektora atrybutu.

• VECTOR_TYPE_SCALAR Pojedyncza wartość skalarna
• VECTOR_TYPE_VEC2 Wektor 2D
• VECTOR_TYPE_VEC3 Wektor 3D
• VECTOR_TYPE_VEC4 Wektor 4D (domyślnie)
• VECTOR_TYPE_MAT2 Macierz 2D
• VECTOR_TYPE_MAT3 Macierz 3D
• VECTOR_TYPE_MAT4 Macierz 4D

Step function

Określa, w jaki sposób dane atrybutu mają być przekazywane do funkcji wierzchołków. Ma to znaczenie tylko przy instancing.

• Vertex Raz na wierzchołek, np. atrybut pozycji zwykle jest przekazywany do funkcji wierzchołków dla każdego wierzchołka w siatce (domyślnie)
• Instance Raz na instancję, np. atrybut macierzy świata zwykle jest przekazywany do funkcji wierzchołków raz na instancję

Value

Wartość atrybutu. Wartości atrybutu mogą być nadpisywane osobno dla każdego komponentu, ale poza tym działają jako wartość domyślna atrybutu wierzchołka. Uwaga: dla atrybutów domyślnych (pozycja, współrzędne tekstury i indeksy stron) wartość zostanie zignorowana.

Domyślne semantyki atrybutów

System materiałów automatycznie przypisze domyślny typ semantyczny na podstawie nazwy atrybutu w czasie działania dla następującego zestawu nazw:

• position - semantic type: SEMANTIC_TYPE_POSITION
• texcoord0 - semantic type: SEMANTIC_TYPE_TEXCOORD
• texcoord1 - semantic type: SEMANTIC_TYPE_TEXCOORD
• page_index - semantic type: SEMANTIC_TYPE_PAGE_INDEX
• color - semantic type: SEMANTIC_TYPE_COLOR
• normal - semantic type: SEMANTIC_TYPE_NORMAL
• tangent - semantic type: SEMANTIC_TYPE_TANGENT
• mtx_world - semantic type: SEMANTIC_TYPE_WORLD_MATRIX
• mtx_normal - semantic type: SEMANTIC_TYPE_NORMAL_MATRIX

Jeśli w materiale masz wpisy dla tych atrybutów, domyślny typ semantyczny zostanie zastąpiony tym, który skonfigurowałeś w Material Editor.

Ustawianie własnych danych atrybutów wierzchołka

Podobnie jak w przypadku stałych shaderów zdefiniowanych przez użytkownika, możesz też aktualizować atrybuty wierzchołków w czasie działania, wywołując go.get(), go.set() i go.animate():

go.set("#sprite", "tint", vmath.vector4(1,0,0,1))

go.animate("#sprite", "tint", go.PLAYBACK_LOOP_PINGPONG, vmath.vector4(1,0,0,1), go.EASING_LINEAR, 2)

Aktualizowanie atrybutów wierzchołków ma jednak pewne ograniczenia. To, czy komponent może użyć danej wartości, zależy od typu semantycznego atrybutu. Na przykład komponent sprite obsługuje SEMANTIC_TYPE_POSITION, więc jeśli zaktualizujesz atrybut mający ten typ semantyczny, komponent zignoruje nadpisaną wartość, ponieważ typ semantyczny określa, że dane powinny być zawsze generowane przez pozycję sprite’a.

W przypadkach, gdy atrybut wierzchołka jest skalarem albo wektorem innym niż Vec4, nadal możesz ustawić dane za pomocą go.set:

-- Ostatnie dwa komponenty wektora vec4 nie będą używane!
go.set("#sprite", "sprite_position_2d", vmath.vector4(my_x,my_y,0,0))
go.animate("#sprite", "sprite_position_2d", go.PLAYBACK_LOOP_PINGPONG, vmath.vector4(1,2,0,0), go.EASING_LINEAR, 2)

To samo dotyczy atrybutów macierzowych. Jeśli atrybut jest macierzą inną niż Mat4, nadal możesz ustawić dane za pomocą go.set.

Instancjonowanie

Instancjonowanie (instancing) to technika używana do wydajnego rysowania wielu kopii tego samego obiektu w scenie. Zamiast tworzyć osobną kopię obiektu za każdym razem, gdy jest używany, instancjonowanie pozwala silnikowi graficznemu utworzyć jeden obiekt, a następnie wielokrotnie go wykorzystywać. Na przykład w grze z dużym lasem, zamiast tworzyć osobny model drzewa dla każdego drzewa, instancjonowanie pozwala utworzyć jeden model drzewa i umieścić go setki lub tysiące razy w różnych pozycjach i skalach. Las można wtedy wyrenderować jednym wywołaniem rysowania zamiast osobnymi wywołaniami dla każdego drzewa.

Instancing jest włączane automatycznie, gdy to możliwe. Defold mocno opiera się na batchowaniu stanu rysowania tak bardzo, jak to możliwe - aby instancing działał, muszą być spełnione pewne wymagania:

• Ten sam materiał musi być użyty dla wszystkich instancji. Instancing nadal zadziała, jeśli ustawiono niestandardowy materiał przez render.enable_material()
• Materiał musi być skonfigurowany do używania lokalnej przestrzeni wierzchołków
• Materiał musi mieć co najmniej jeden atrybut wierzchołka powtarzany dla każdej instancji
• Wartości stałych muszą być takie same dla wszystkich instancji. Zamiast tego wartości stałych można umieścić we własnych atrybutach wierzchołków albo w innym mechanizmie przechowywania, na przykład w teksturze
• Zasoby shadera, takie jak tekstury lub bufory storage, muszą być takie same dla wszystkich instancji

Aby skonfigurować atrybut wierzchołka tak, żeby był powtarzany dla każdej instancji, trzeba ustawić Step function na Instance. Dla niektórych typów semantycznych dzieje się to automatycznie na podstawie nazwy (zobacz tabelę Default attribute semantics powyżej), ale można też ustawić to ręcznie w edytorze materiałów, ustawiając Step function na Instance.

W prostym przykładzie poniższa scena ma cztery obiekty gry, każdy z komponentem modelu:

Materiał jest skonfigurowany w ten sposób, z jednym własnym atrybutem wierzchołka, który jest powtarzany dla każdej instancji:

Program shadera wierzchołków ma zdefiniowanych kilka atrybutów per instancję:

// Atrybuty per wierzchołek
attribute highp vec4 position;
attribute mediump vec2 texcoord0;
attribute mediump vec3 normal;

// Atrybuty per instancja
attribute mediump mat4 mtx_world;
attribute mediump mat4 mtx_normal;
attribute mediump vec4 instance_color;

Zwróć uwagę, że mtx_world i mtx_normal będą domyślnie skonfigurowane do używania funkcji kroku Instance. Można to zmienić w edytorze materiałów, dodając dla nich wpis i ustawiając Step function na Vertex, co sprawi, że atrybut będzie powtarzany dla każdego wierzchołka zamiast dla każdej instancji.

Aby sprawdzić, czy instancing działa w tym przypadku, możesz zajrzeć do web profiler. Ponieważ jedyną rzeczą, która różni się między instancjami pudełka, są atrybuty per instancję, całość można wyrenderować jednym wywołaniem rysowania:

Zgodność wsteczna

Na adapterach graficznych opartych na OpenGL instancing wymaga co najmniej OpenGL 3.1 na desktopie i OpenGL ES 3.0 na urządzeniach mobilnych. Oznacza to, że bardzo stare urządzenia korzystające z OpenGL ES2 albo starszych wersji OpenGL mogą nie obsługiwać instancing. W takim przypadku renderowanie nadal będzie działać domyślnie bez żadnych specjalnych działań ze strony dewelopera, ale może być mniej wydajne niż przy rzeczywistym instancing. Obecnie nie ma sposobu, aby wykryć, czy instancing jest obsługiwane, ale ta funkcjonalność zostanie dodana w przyszłości, tak aby można było użyć tańszego materiału albo całkowicie pominąć rzeczy, które zwykle byłyby dobrymi kandydatami do instancing, na przykład roślinność lub drobne elementy otoczenia.

Stałe wierzchołków i fragmentów

Stałe shaderów, czyli “uniformy”, to wartości przekazywane z silnika do programów shaderów wierzchołków i fragmentów. Aby użyć stałej, definiujesz ją w pliku materiału jako właściwość Vertex Constant albo Fragment Constant. Odpowiadające im zmienne uniform muszą zostać zdefiniowane w programie shadera. W materiale można ustawić następujące stałe:

CONSTANT_TYPE_WORLD

Macierz świata. Używana do przekształcania wierzchołków do przestrzeni świata. W przypadku niektórych typów komponentów wierzchołki są już w przestrzeni świata, gdy trafiają do programu wierzchołków (z powodu batchowania). W takich przypadkach mnożenie przez macierz świata w shaderze da nieprawidłowy wynik.

CONSTANT_TYPE_VIEW

Macierz widoku. Używana do przekształcania wierzchołków do przestrzeni widoku (kamery).

CONSTANT_TYPE_PROJECTION

Macierz projekcji. Używana do przekształcania wierzchołków do przestrzeni ekranu.

CONSTANT_TYPE_VIEWPROJ

Macierz, w której macierze widoku i projekcji są już pomnożone.

CONSTANT_TYPE_WORLDVIEW

Macierz, w której macierze świata i widoku są już pomnożone.

CONSTANT_TYPE_WORLDVIEWPROJ

Macierz, w której macierze świata, widoku i projekcji są już pomnożone.

CONSTANT_TYPE_NORMAL

Macierz do obliczania orientacji normalnej. Transformacja świata może zawierać nierównomierne skalowanie, które psuje ortogonalność połączonej transformacji świat-widok. Macierz normalnych służy do unikania problemów z kierunkiem podczas przekształcania normalnych. (Macierz normalnych jest transponowaną macierzą odwrotną macierzy world-view).

CONSTANT_TYPE_USER

Stała vector4, której możesz użyć dla dowolnych niestandardowych danych, jakie chcesz przekazać do swoich programów shaderów. Początkową wartość stałej możesz ustawić w definicji stałej, ale można ją zmieniać za pomocą funkcji go.set() / go.animate(). Wartość można też odczytać przez go.get(). Zmiana stałej materiału dla pojedynczej instancji komponentu zrywa batchowanie renderowania i spowoduje dodatkowe wywołania rysowania.

Przykład:

go.set("#sprite", "tint", vmath.vector4(1,0,0,1))

go.animate("#sprite", "tint", go.PLAYBACK_LOOP_PINGPONG, vmath.vector4(1,0,0,1), go.EASING_LINEAR, 2)

CONSTANT_TYPE_USER_MATRIX4

Stała matrix4, której możesz użyć dla dowolnych niestandardowych danych, jakie chcesz przekazać do swoich programów shaderów. Początkową wartość stałej możesz ustawić w definicji stałej, ale można ją zmieniać za pomocą funkcji go.set() / go.animate(). Wartość można też odczytać przez go.get(). Zmiana stałej materiału dla pojedynczej instancji komponentu zrywa batchowanie renderowania i spowoduje dodatkowe wywołania rysowania.

Przykład:

go.set("#sprite", "m", vmath.matrix4())

Samplery

Samplery służą do pobierania informacji o kolorze z tekstury (źródła kafelków lub atlasu). Informacje o kolorze można następnie wykorzystać do obliczeń w programie shadera.

Komponenty sprite, tilemap, GUI i efektów cząsteczkowych automatycznie dostają ustawiony sampler2D. Pierwszy zadeklarowany sampler2D w programie shadera jest automatycznie wiązany z obrazem wskazanym przez komponent graficzny. Dlatego obecnie nie ma potrzeby określania jakichkolwiek samplerów w pliku materiału dla tych komponentów. Co więcej, te typy komponentów obecnie obsługują tylko jedną teksturę. (Jeśli potrzebujesz wielu tekstur w shaderze, możesz użyć render.enable_texture() i ustawić samplery tekstur ręcznie ze swojego skryptu do renderowania.)

-- mysprite.fp
varying mediump vec2 var_texcoord0;
uniform lowp sampler2D MY_SAMPLER;
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(MY_SAMPLER, var_texcoord0.xy);
}

Ustawienia samplera komponentu możesz określić, dodając sampler po nazwie w pliku materiału. Jeśli nie skonfigurujesz samplera w pliku materiału, zostaną użyte globalne ustawienia projektu Graphics.

Dla komponentów modelu musisz określić samplery w pliku materiału z ustawieniami, jakie chcesz. Edytor pozwoli wtedy ustawić tekstury dla dowolnego komponentu modelu, który używa tego materiału:

-- mymodel.fp
varying mediump vec2 var_texcoord0;
uniform lowp sampler2D TEXTURE_1;
uniform lowp sampler2D TEXTURE_2;
void main()
{
    lowp vec4 color1 = texture2D(TEXTURE_1, var_texcoord0.xy);
    lowp vec4 color2 = texture2D(TEXTURE_2, var_texcoord0.xy);
    gl_FragColor = color1 * color2;
}

Ustawienia samplerów

Name

Nazwa samplera. Ta nazwa powinna pasować do sampler2D zadeklarowanego w shaderze fragmentów.

Wrap U/W

Tryb zawijania dla osi U i V:

• WRAP_MODE_REPEAT powtórzy dane tekstury poza zakresem [0,1].
• WRAP_MODE_MIRRORED_REPEAT powtórzy dane tekstury poza zakresem [0,1], ale co drugie powtórzenie będzie odbite lustrzanie.
• WRAP_MODE_CLAMP_TO_EDGE ustawi dane tekstury dla wartości większych niż 1.0 na 1.0, a wszystkie wartości mniejsze niż 0.0 na 0.0, czyli piksele krawędzi zostaną powtórzone do brzegu.

Filter Min/Mag

Filtrowanie dla powiększania i zmniejszania. Filtrowanie najbliższego sąsiada wymaga mniej obliczeń niż interpolacja liniowa, ale może powodować artefakty aliasingu. Interpolacja liniowa często daje gładszy wynik:

• Default używa domyślnej opcji filtra określonej w pliku game.project w sekcji Graphics jako Default Texture Min Filter i Default Texture Mag Filter.
• FILTER_MODE_NEAREST używa texela o współrzędnych najbliższych środkowi piksela.
• FILTER_MODE_LINEAR ustawia ważoną średnią liniową z układu 2x2 texeli położonych najbliżej środka piksela.
• FILTER_MODE_NEAREST_MIPMAP_NEAREST wybiera wartość najbliższego texela w pojedynczym mipmapie.
• FILTER_MODE_NEAREST_MIPMAP_LINEAR wybiera najbliższy texel z dwóch najlepszych najbliższych mipmap, a następnie interpoluje liniowo między tymi dwoma wartościami.
• FILTER_MODE_LINEAR_MIPMAP_NEAREST interpoluje liniowo wewnątrz pojedynczego mipmapa.
• FILTER_MODE_LINEAR_MIPMAP_LINEAR używa interpolacji liniowej do obliczenia wartości w każdej z dwóch map, a następnie interpoluje liniowo między tymi dwiema wartościami.

Max Anisotropy

Filtrowanie anizotropowe to zaawansowana technika filtrowania, która pobiera wiele próbek i miesza wyniki. To ustawienie kontroluje poziom anizotropii dla samplerów tekstur. Jeśli GPU nie obsługuje filtrowania anizotropowego, parametr nie będzie miał żadnego efektu, a domyślnie zostanie ustawiony na 1.

Bufory stałych

Gdy potok renderowania rysuje, pobiera wartości stałych z domyślnego systemowego bufora stałych. Możesz utworzyć własny bufor stałych, aby nadpisać wartości domyślne i zamiast tego ustawiać uniformy programów shaderów programowo w skrypcie do renderowania:

self.constants = render.constant_buffer() -- <1>
self.constants.tint = vmath.vector4(1, 0, 0, 1) -- <2>
...
render.draw(self.my_pred, {constants = self.constants}) -- <3>

1. Utwórz nowy bufor stałych
2. Ustaw stałą tint na jaskrawą czerwień
3. Narysuj predykat, używając naszego niestandardowego bufora stałych

Zwróć uwagę, że elementy stałych w buforze są odwoływane jak zwykła tabela Lua, ale nie można iterować po buforze za pomocą pairs() ani ipairs().