This blog is a chinese version of xoppa‘s Libgdx new 3D api tutorial. For English version, please refer to >>LINK<<
我要偷懒了，好久没看LibGDX，也很久没看3D，新教程的题目我就不懂了。不过看了课程的内容，相信你们都会理解。
正文：
当渲染一个3d场景时，其中真正可见的对象通常都比总对象数少很多。因此渲染全部的物体，包括那些根本看不到的，即浪费了富贵的GPU时间，还会影响游戏的画面速度。理想情况下，你可以可希望渲染对当前相机可见的对象，而忽略掉那些不可见的，比较在相机后面的。这就是题目中所说的frustum culling，并且，几种方法都可以实现。这篇教程，将会展示在LibGDX 3D API中，最基本的实现方法。
在我们真正开始之前，我们需要准备一个场景。所以我使用了Libgdx New 3D API 教程之 -- 使用Libgdx加载3D场景中的场景和代码。我当你都看过以前的教程啦，所以代码的细节就不详说了。
我希望在在frustum culling时，能有一些反馈，来说明frustum culling的表现。所以让我们添加一个label，显示，有渲染对象的个数，再加上FPS。看看下面参考的代码先：
protected PerspectiveCamera cam;
protected CameraInputController camController;
protected ModelBatch modelBatch;
protected AssetManager assets;
protected Array instances = new Array();
protected Environment environment;
protected boolean loading;
protected Array blocks = new Array();
protected Array invaders = new Array();
protected ModelInstance ship;
protected ModelInstance space;
protected Stage stage;
protected Label label;
protected BitmapFont font;
protected StringBuilder stringBuilder;
@Override
public void create () {
stage = new Stage();
font = new BitmapFont();
label = new Label(" ", new Label.LabelStyle(font, Color.WHITE));
stage.addActor(label);
stringBuilder = new StringBuilder();
modelBatch = new ModelBatch();
environment = new Environment();
environment.set(new ColorAttribute(ColorAttribute.AmbientLight, 0.4f, 0.4f, 0.4f, 1f));
environment.add(new DirectionalLight().set(0.8f, 0.8f, 0.8f, -1f, -0.8f, -0.2f));
cam = new PerspectiveCamera(67, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
cam.position.set(0f, 7f, 10f);
cam.lookAt(0,0,0);
cam.near = 1f;
cam.far = 300f;
cam.update();
camController = new CameraInputController(cam);
Gdx.input.setInputProcessor(camController);
assets = new AssetManager();
assets.load(data+"/invaderscene.g3db", Model.class);
loading = true;
}
private void doneLoading() {
Model model = assets.get(data+"/invaderscene.g3db", Model.class);
for (int i = 0; i < model.nodes.size; i++) {
String id = model.nodes.get(i).id;
ModelInstance instance = new ModelInstance(model, id, true);
if (id.equals("space")) {
space = instance;
continue;
}
instances.add(instance);
if (id.equals("ship"))
ship = instance;
else if (id.startsWith("block"))
blocks.add(instance);
else if (id.startsWith("invader"))
invaders.add(instance);
}
loading = false;
}
private int visibleCount;
@Override
public void render () {
if (loading && assets.update())
doneLoading();
camController.update();
Gdx.gl.glViewport(0, 0, Gdx.graphics.getWidth(), Gdx.graphics.getHeight());
Gdx.gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
modelBatch.begin(cam);
visibleCount = 0;
for (final ModelInstance instance : instances) {
if (isVisible(cam, instance)) {
modelBatch.render(instance, environment);
visibleCount++;
}
}
if (space != null)
modelBatch.render(space);
modelBatch.end();
stringBuilder.setLength(0);
stringBuilder.append(" FPS: ").append(Gdx.graphics.getFramesPerSecond());
stringBuilder.append(" Visible: ").append(visibleCount);
label.setText(stringBuilder);
stage.draw();
}
protected boolean isVisible(final Camera cam, final ModelInstance instance) {
return true; // FIXME: Implement frustum culling
}
@Override
public void dispose () {
modelBatch.dispose();
instances.clear();
assets.dispose();
}
@Override
public void resize(int width, int height) {
stage.getViewport().update(width, height, true);
}
@Override
public void pause() {
}
@Override
public void resume() {
}
}
protected Stage stage; protected Label label; protected BitmapFont font; protected StringBuilder stringBuilder;
然后在create方法中，对这些进行初始化：
@Override
public void create () {
stage = new Stage();
font = new BitmapFont();
label = new Label(" ", new Label.LabelStyle(font, Color.WHITE));
stage.addActor(label);
stringBuilder = new StringBuilder();
...
}
注意在doneLoading方法中，我用了一个简便方法去创建ModelInstance。第三个参数(mergeTransform)等价于我们以前手动所做的内容，即：设置ModelInstance的位移，并重置Node的位移。（翻译的好啰嗦，还能再啰嗦点吗？）
如果你对Stage的概念不熟，建议你去看一看，因为它是实现UI界面很好的方式。现在我们来看看在render方法里，是如何去画界面的。
private int visibleCount;
@Override
public void render () {
...
modelBatch.begin(cam);
visibleCount = 0;
for (final ModelInstance instance : instances) {
if (isVisible(cam, instance)) {
modelBatch.render(instance, environment);
visibleCount++;
}
}
if (space != null)
modelBatch.render(space);
modelBatch.end();
stringBuilder.setLength(0);
stringBuilder.append(" FPS: ").append(Gdx.graphics.getFramesPerSecond());
stringBuilder.append(" Visible: ").append(visibleCount);
label.setText(stringBuilder);
stage.draw();
}
我们不再一次性画出所有的对象，而是先去看看它是否可见，才去渲染。我们还会修改visibleCount去检测实际渲染对象的数量。这里space model instance不去判断，因为一直可见。
通过StringBuilder构造一个字符串，去显示FPS和可见对象数量（不包括space）。设置label的值，然后，终于，开draw画了。在render方法中，极度推荐使用StringBuilder而不是默认的string还是其他什么东东。StringBuilder制造更少的垃圾，几乎不会有垃圾回收引起的卡顿。
@Override
public void resize(int width, int height) {
stage.getViewport().update(width, height, true);
}
在resize方法中，更新stage的viewport大小。最后的boolean参数表示原点位于左下角。而label对象就画在那个位置。
所以，真正神奇的地方就在isVisible()方法里，通过它来判断，对象是否将会渲染。现在，还只是一个方法体，始终返回true。
protected boolean isVisible(final Camera cam, final ModelInstance instance) {
return true; // FIXME: Implement frustum culling
}
先来跑跑，看看效果:
可以看到，现在共有37个对象，1艘飞船，6个方块，30个入侵者，(还有一个星空，这里不计算在内)。如果转一下相机，会发现，不管对象是否都真的可见，数值一直为37。是时候实现frustum culling了。
如果你对frustum这个词不熟：frustum可以被看成是3D空间中一个金字塔型的锥体，以相机为一起始，向前延伸，整个这个相机可以看到的空间范围，（中文翻译为：视锥体原。原作者还推荐了一篇讲视锥体的文章，我这就不译了）。
好在LibGDX提供了一些简便方法来判断对象是否在frustum中。我们添上这段验证：
private Vector3 position = new Vector3();
protected boolean isVisible(final Camera cam, final ModelInstance instance) {
instance.transform.getTranslation(position);
return cam.frustum.pointInFrustum(position);
}
我们在这里添加了一个Vector3对象，来保存位置。在isVisible方法中，我们得到ModelInstance的位置，然后判断是否在frustum中。看看实际效果：
看起来不错，可是你要看仔细点，就会发现，在转相机的时候，对象会闪入，闪出！他们被剔除的太早了。因为我们通过instance.transform.getTranslation(position)方法得到对象的位置时，对应的是他们的中心点。而当这一点在frustum之外时，并不一定表示整个对象都在frustum之外。比如飞船的中心在frustum之外时，对于相机而言，还可以看到它的右翼。
要解决这个问题，就要确保对象整个都在frustum之外时，才剔除。然而，如果对这个对象的每一个点都进行这样的判断，那代价就太大了。我们可以估计对象在相机中的尺寸，以此判断。这样可以保证，当对象在frustum中时，一定会被渲染，但会造成一点多余的消耗。（有时，虽然对象本体不在frustum中，但是它的尺寸还在，比如一个正方体的盒子，刚刚好装下一个球，虽然球离开了frustum，但是盒子，还是有一块留在于frustum中）。
做这样做，我们必须在ModelInstance中，保存它自身的尺寸。可以简单的扩展ModelInstance类来实现：
public class FrustumCullingTest implements ApplicationListener {
public static class GameObject extends ModelInstance {
public final Vector3 center = new Vector3();
public final Vector3 dimensions = new Vector3();
private final static BoundingBox bounds = new BoundingBox();
public GameObject(Model model, String rootNode, boolean mergeTransform) {
super(model, rootNode, mergeTransform);
calculateBoundingBox(bounds);
bounds.getCenter(center);
bounds.getDimensions(dimensions);
}
}
...
}
这里，我们计算了ModelInstance的BoundingBox，BoundingBox的中心也许与物体的中心不重合。因此，我们把它保存到Vector3类型的center中，将ModelInstance的demensions，保存在dimensions成员中。这里的boundingbox是一个静态成员，所以它是被全部的GameObject重用的。
我们继承了ModelInstance对象，所以把之前的都替换掉。这里不去把全部代码都打出来了，只讲讲重点的内容。
接下来，我们更新isVisible方法，使用这些尺寸数据：
protected boolean isVisible(final Camera cam, final GameObject instance) {
instance.transform.getTranslation(position);
position.add(instance.center);
return cam.frustum.boundsInFrustum(position, instance.dimensions);
}
如果你运行这个，会发现，边缘的对象不再闪入闪出了，而且frustum culling的效果也还不错。然而，这种方法不是万能的。比如，当一个GameObject旋转时，他的尺寸向量不会跟着转。最简单，可能也最快速的方法就是用一个球体来包含旋转时的最大范围。我们来改一下GameObject:
public static class GameObject extends ModelInstance {
public final Vector3 center = new Vector3();
public final Vector3 dimensions = new Vector3();
public final float radius;
private final static BoundingBox bounds = new BoundingBox();
public GameObject(Model model, String rootNode, boolean mergeTransform) {
super(model, rootNode, mergeTransform);
calculateBoundingBox(bounds);
bounds.getCenter(center);
bounds.getDimensions(dimensions);
radius = dimensions.len() / 2f;
}
}
我简单的用dimension的一半当作半径，然后接下来再改isVisible方法：
protected boolean isVisible(final Camera cam, final GameObject instance) {
instance.transform.getTranslation(position);
position.add(instance.center);
return cam.frustum.sphereInFrustum(position, instance.radius);
}
这里使用了sphereInFrustum这个方法来做判断。虽然使用球体半径来判断会快很多，但也可能有更多的边缘对象，被多余的渲染了。
Libgdx New 3D API 教程之 -- Libgdx中的3D frustum culling
原文地址：http://blog.csdn.net/q26335804/article/details/44960201
