Cocos2d-x中的3D功能

或许你已经开始接触Cocos2d-x了，并且已经知道它是一个2D游戏引擎。从3.x版本开始，Cocos2d-x已增加并改进了3D功能。3D游戏有着巨大的市场，所以Cocos2d-x中添加了3D开发所需的所有功能。或许3D开发对你来说是个新事物，并且很多专业术语你都不熟悉。但这篇文章会让你熟悉一些额外的软件工具，下面就让我们一起来了解了解Cocos2d-x中的3D功能吧。

初学3D

Sprite3D

正如2D游戏一样，3D游戏中也有Sprite对象。理所当然地，任何游戏的核心基本对象都是Sprite对象。3D精灵不仅有x、y轴，还有z轴。与常见的Sprite一样，Sprite3D有多种方式。加载并显示一个Sprite3D对象很容易：

1.  
   auto sprite = Sprite3D::create("boss.c3b");
2.  
   sprite->setScale(5.f);
3.  
   sprite->setPosition(Vec2(200,200));
4.  
   scene->addChild(sprite);

以上代码基于提供的文件创建了一个Sprite3D对象。运行如下： 

术语

这里并没有一个语言类，但是当使用3D时，你需要了解一些常用术语。

• Mesh（网格）：构建一个shape的顶点，以及对应的渲染纹理。

• Model(模型)：可被渲染的对象，它也是网格的集合。在Cocos2d-x引擎中，我们称之为“Sprite3D”

• Camera(摄像机)：3D场景不是平面的，所以你需要设置一个摄像机。不同场景的摄像机参数是不同的。

• Light(光线)：光线用于使场景看上去更加接近真实世界。游戏中的对象如果要看上去更加真实，那么它的颜色必须随着光线而变化。面对光线是亮的，而背对光线时就该是暗的。用光线照射一个对象意味着这个对象必须根据光线来计算它的颜色。

使用Sprite3D

给Sprite3D对象添加3D模型

上文中提到3D模型是网格的集合。所以你可以将一个3D模型添加到其他的3D模型上，从而创建出丰富的效果。我们来举一个给对象添加武器的例子。首先需要找到武器要添加到的附着点，这个可以使用getAttachNode(attachment_point_name) 函数来实现。然后需要使用addChild()函数将这个新模型作为一个子节点添加到附着点上。你可以把以上过程理解为将多个简单的3D模型组合起来创建更复杂的模型。将模型添加到Sprite3D对象上的例子如下：

1.  
   auto sp = Sprite3D::create("axe.c3b");
2.  
   sprite->getAttachNode("Bip001 R Hand")->addChild(sp);

更换3D模型

当进行3D建模时，你或许想要给模型添加动态变化。也许道具、外观的变化或视觉信号会使用户注意到=模型状态的改变。

如果3D模型是由网格组成的，可以使用getMeshByIndex()和getMeshByName()来访问网格数据。使用这些函数可以实现更换武器或者改变对象外观的效果。如下图中我们给女孩穿上一件外套：

改变正在使用的网格对象的可见度就可以改变女孩所穿的外套。下面的示例将演示如何实现这个效果：

1.  
   auto sprite = Sprite3D::create("ReskinGirl.c3b");
2.  
    
3.  
   // display the first coat
4.  
   auto girlTop0 = sprite->getMeshByName("Girl_UpperBody01");
5.  
   girlTop0->setVisible(true);
6.  
    
7.  
   auto girlTop1 = sprite->getMeshByName("Girl_UpperBody02");
8.  
   girlTop1->setVisible(false);
9.  
    
10.  
    // swap to the second coat
11.  
    girlTop0->setVisible(false);
12.  
    girlTop1->setVisible(true);

结果：

动画

Sprite3D对象是游戏的核心。我们已经学到了如何操作精灵。然而，我们还需要更复杂的操作，例如动画！你可以使用Animation3D和Animate3D对象来运行一个3D动画。然后使用Ainmation3D对象来创建一个Animate3D动作。例如：

1.  
   // the animation is contained in the .c3b file
2.  
   auto animation = Animation3D::create("orc.c3b");
3.  
    
4.  
   // creates the Action with Animation object
5.  
   auto animate = Animate3D::create(animation);
6.  
    
7.  
   // runs the animation
8.  
   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。请记住3D动画与2D中的概念完全相同，请参考开发者指南中的第四章。

多个动画

同时运行多个动画的时你打算怎么做呢？你可以使用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。例如：

1.  
   auto animation = Animation3D::create(fileName);
2.  
    
3.  
   auto runAnimate = Animate3D::create(animation, 0, 2);
4.  
   sprite->runAction(runAnimate);
5.  
    
6.  
   auto attackAnimate = Animate3D::create(animation, 3, 5);
7.  
   sprite->runAction(attackAnimate);

上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秒后开始并持续了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。在这个例子中动画速度设置为10。这意味着该动画持续10秒。

混合动画

当使用多个动画时，混合效果将自动应用于各个动画之间。混合的目的是在特效之间创建一个平滑的过渡效果。例如现在有两个动画，分别是A和B。动画A的最后一帧和B动画的第一帧重叠以使动画之间的改变看上去更自然。

默认过渡时间为0.1秒。当然也可以使用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，这填补了曲线中的空缺以确保有一个平滑的路径。如果你在制作模型过程中使用了其他插值方法，我们的建模型工具 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的信息请在本章最后讨论。

摄像机

Camera对象在3D建模中非常重要。3D世界不是一个平面，需要使用 Camera 作为3D世界的导航。正如我们在看电影时屏幕面板的左右切换一样，这个概念同样适用于 Camera对象。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。透视摄像机的视角看上去是这样：

正如你所看到的，使用透视摄像机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。你可以将其想象成它将3D世界转换到2D视角。正交摄像机的视角看上去是这样：

正如你所见，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。或者像地牢游戏中的由上到下的视角也是使用正交摄像机。

摄像机的使用

不要担心！Camera对象听起来很复杂，但是在Cocos2d-x中使其变得很简单。当使用3D时，创建一个Camera对象没有什么不同。基于Director对象的投影属性，每个Scene都会自动地创建一个默认摄像机。如果你还需要其他摄像机，你可以通过如下方法创建：

1.  
   auto s = Director::getInstance()->getWinSize();
2.  
   auto camera = Camera::createPerspective(60, (GLfloat)s.width/s.height, 1, 1000);
3.  
    
4.  
   // set parameters for camera
5.  
   camera->setPosition3D(Vec3(0, 100, 100));
6.  
   camera->lookAt(Vec3(0, 0, 0), Vec3(0, 1, 0));
7.  
    
8.  
   addChild(camera); //add camera to the scene

创建正交摄像机。

默认摄像机为透视摄像机。如果需要创建正交摄像机，那么使用Camera::createOrthographic()会很简单，如下：

1.  
   auto s = Director::getInstance()->getWinSize();
2.  
   auto camera = Camera::createOrthographic(s.width, s.height, 1, 1000);

从摄像机中隐藏对象

有时我们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)。例如：

1.  
   //Camera
2.  
   camera->setCameraFlag(CameraFlag::USER1);
3.  
    
4.  
   //Node
5.  
   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，开发者根据需要可使用不同的光线，每种光线实现了不同的效果。

Ambient Light

AmbientLight对象将光应用于整个场景中。将光线比作为一个办公环境。所有的灯都在天花板上，你所看到的办公室中的每一个对象都处于同样的光线中。例如：

1.  
   auto light = AmbientLight::create (Color3B::RED);
2.  
   addChild (light);

效果：

Directional Light

DirectionalLight对象通常用于模拟一种无限远的光源，例如太阳光。使用DirectionalLight时要记住，无论在什么情况下使用，其密度都是相同的。可以想象成如果你站在室外的太阳光下，太阳光就会直射到你。当你直视太阳时，即便你在任一方向移动一小步，太阳光都会非常的强烈。示例：

1.  
   auto light = DirectionLight::create(Vec3(-1.0f, -1.0f, 0.0f),
2.  
   Color3B::RED);
3.  
   addChild (light);

效果：

Point Light

PointLight对象通常用于模拟灯泡、灯或者手电筒的效果。PointLight的方向是从光点的位置照射出来的。 
要知道，根据距离PointLight的远近，光线的密度是不同的。这是什么意思呢？意思是指，如果你离PointLight的起始位置比较近，那么光线会比较强烈。如果你离PointLight的终点位置比较近，那么光线就比较暗。当然，投影的距离越大，PointLight的光线就越弱。例如：

1.  
   auto light = PointLight::create(Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), Color3B::RED, 10000.0f);
2.  
   addChild (light);

效果：

Spot Light

SpotLight对象通常用于模拟类似手电筒的聚光效果。这意味着它只在一个方向发射的锥形状光源。想象一下如果在你的房子中有这种光源，那你可能正在拿着一个手电筒到地下室去重置东西。手电筒产生锥状的照明模式，你只能看到锥状内的物体。另外一个在黑暗环境中的例子，比如基于地牢的游戏中可以看到火把的位置在哪儿，而你却只能看到手电筒发射出来的有限的圆锥形范围。例如：

1.  
   auto spotLight = SpotLight::create(Vec3(-1.0f, -1.0f, 0.0f), Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f),
2.  
   Color3B::RED, 0.0, 0.5, 10000.0f) ;
3.  
   addChild (spotLight);

效果：

Light Masking

在厨房或者卧室中你用什么光？可能有几个灯？你是否曾注意过在房间中只用一个灯来照亮某个部分？实际上这是在应用Light Masking！

light masking作用于Node上，只应用于特定的照明光源上。例如，如果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。重要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，你必须在info.plist文件中定义如下关键词：

1.  
   <key> cocos2d.x.3d.max_dir_light_in_shader </key>
2.  
   <integer> 1 </integer>
3.  
   <key> cocos2d.x.3d.max_point_light_in_shader </key>
4.  
   <integer> 1 </integer>
5.  
   <key> cocos2d.x.3d.max_spot_light_in_shader </key>
6.  
   <integer> 1 </integer>

3D软件包

3D编辑器

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

• Blender (Free)
• 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的使用，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

Cocos2d-x提供的工具将帮助你转换3D模型的格式，它使用转换后的格式来访问所有的3D文件。

fbx-conv命令行工具

fbx-conv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。用起来很简单，只需要几个参数：

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

参数含义：

• -?: 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
• Cocos2d-x 3D ad-hoc格式：c3t和c3d文件。

支持Wavefront文件格式是因为3D编辑器广泛接受这种格式，并且非常容易解析。然而，这种格式受限制并且不支持高级特征，如动画。

另一方面，c3t和c3b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。开发者们需要使用c3b，因为它非常高效。但如果你想要调试文件，在git或者其他VCS中追踪更改日志，你则需要使用c3t。

进阶概念

BillBoard

以前你或许从来没听说过BillBoard（并不是指高速公路边上的广告牌）。Billboard是一个特殊的精灵，它一直正对着摄像机。旋转Camera的同时BillBoard对象也跟着旋转。使用Billboard是非常常见的渲染技术。以速降滑雪比赛为例，滑雪者路过的树木、石头或者其他物理都是Billboard对象。这就是Camera与Billboard对象之间的联系。

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。使用如下方法可以创建Billboard对象：

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

你还可以为摄像机的XOY平面（想象成飞机的地板）创建一个Billboard对象，只要改变BillBoard对象模式即可：

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。有两个BillBoard::Mode类型，VIEW_POINT_ORIENTED和VIEW_PLANE_ORIENTED

VIEW_POINT_ORIENTED代表Billboard对象面向摄像机的哪个地方，如： 

VIEW_PLANE_ORIENTED代表Billboard对象面向摄像机XOY平面的哪个地方，如： 

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

1.  
   billboard->setScale(0.5f);
2.  
   billboard->setPosition3D(Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
3.  
   billboard->setBlendFunc(BlendFunc::ALPHA_NON_PREMULTIPLIED);
4.  
   addChild(billboard);

PS.以上全文为Cocos引擎中文官网翻译校对，敬请勘误。转载请注明出自"Cocos引擎中文官网"。 英文原址：https://github.com/chukong/programmers-guide/blob/v3.3/chapters/9.md