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材质与材质脚本

一、基本概念

（一）Ogre的材质（Material）

为了优化渲染，必须把渲染状态的变化减少到最小。而最频繁的渲染状态改变是材料的变化（大多是纹理的变化）。

Ogre的Material类封装了物体的所有材料属性，类似于3D Studio中material的概念。平时不被认为是属于材料的属性，像culling模式和深度缓存设置等，也被Material包含近来了。因为这些属性同样影响了物体的外观，把它们放到Material类里可以集中设置所有影响物体的属性。这和D3D中只保存颜色组件而没有纹理映射的Material有明显不同。Ogre的Material可以被认为是’Shader’的等同物。

Material类包括如下几类属性：

1、 基本的表面材质属性，如对不同颜色的反射率、Shininess等等：

2、 组成Material的纹理层

3、 纹理之间的混合（Blend）方式

4、 深度缓冲设置

5、 Culling模式

6、 纹理过滤方式（三线性过滤、双线性过滤）

7、 是否受光照影响

8、 Shading选项

9、 雾化

其中第二条的纹理层可以有多个，Ogre在Material类的内部定义了TextureLayer类。

（二）纹理层（TextureLayer）

一个纹理层可以是一幅静止的图像，也可以是一幅以某种方式运动的图像，还可以是由多幅图像组成的动画。它可以实现多种纹理特效，如BUMPMAP、环境帖图、运动的纹理。

（三）材质管理器（MaterialManager）

MaterialManager类负责管理Material库。和材质相关的类图如下：

MaterialManager还负责分析Material脚本（Material Script），从而初始化Material的属性。下面我们来分析一下Ogre提供的材质脚本语言。

二、Ogre的材质脚本

Ogre提供的材质脚本可以帮助开发者简单的设置又酷又眩的材质特效，而不用重新编译。当然你也可以用Material和TextureLayer类提供的诸多成员函数来做到，但这就有点不太实用了。

Ogre材质脚本的默认扩展名为.material，你也可以通过 MaterialManager类的parseAllSources方法来规定新的扩展名。系统初始化时会自动分析所有的材质脚本文件，并设置材质的属性。注意，这里只设置材质的属性，并不会将材质的纹理调入内存，因为那样会招致极大的内存消耗！

（一）示例一：环境帖图

在场景中显示一个OGRE头，并设置其表面材质为环境帖图，该环境帖图的属性在Example.material中设置。我们先看一下createScene()函数的代码：

void createScene(void)
{
    //设置环境光
    mSceneMgr->setAmbientLight(ColourValue(0.5, 0.5, 0.5));

    //创建一个实体（OGRE头）
    Entity *ent = mSceneMgr->createEntity("head", "ogrehead.mesh");

    //设置实体的材质
    ent->setMaterialName("Examples/EnvMappedRustySteel");

    // 将实体附属到场景根结点上
    mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChild()->attachObject(ent);
}

在这里，Entity的成员函数setMaterialName是关键，字符串类型的参数对应材质脚本中的材质名。"Examples/EnvMappedRustySteel"就是材质名，它在Example.material文件中定义了环境帖图，脚本代码如下：

//材质名
Examples/EnvMappedRustySteel
{
    //环境光
    ambient 1.0, 1.0, 1.0 

    //散射光
    diffuse 1.0, 1.0, 1.0

    shading phong

    //纹理层0
    {
        //纹理图象文件
        texture RustySteel.jpg
    }

    //纹理层1
    {
        //纹理图象文件
        texture spheremap.png

        //纹理层之间的颜色累加
        colour_op add
        
        //指定环境帖图的方式
        env_map spherical
    }
}

从这个例子中我们可以发现使用脚本来定义材质非常方便。首先，脚本采用类C++的语法，以｛｝作为分隔符，以//作为注释符。每一个Material必须有一个名字，在这个例子中就是Examples/EnvMappedRustySteel，它对应一个材质。脚本规定一个命令占一行，不可以串行。

Ogre为其材质脚本定义了许多关键字（命令），用来设置材质属性。如上例中的“ambient”与“diffuse”就是关健字，分别设置材质对环境光和散射光的反射率。在Material定义中嵌套一个“｛｝”，就代表一个纹理层，你可以在大括号中定义纹理层的属性，上例中有两层纹理，下层简单的显示了一幅名为“RustySteel.jpg”的图像 ，上层纹理采用了环境帖图并设定了两层纹理的混合方式为颜色相加。

材质脚本的关健字有很多，具体请参考Ogre Tutorials的“Material Script”一节。

（二）示例二：Example.material

分析并尝试更改Ogre运行环境中的Example.material文件，并在Ogre提供的演示TextureFx.exe中观察效果。下面列出的是TextureFx.exe中用到的三个材质的定义：

// 流动的水的特效
Examples/TextureEffect3
{
    ambient 0.2 0.2 0.2
    
    // 关闭硬件拣选与软件拣选，即双面渲染
    // 硬件拣选，由硬件渲染器负责。基于画三角形的方式（顺时针，逆时针）。<clockwise|anitclockwise|none>
    // 软件拣选，在前几个信息改善到硬件器之前，进行拣选。基于三角形的前和后（由三角形的向量决定）。
    cull_hardware none
    cull_software none

    // 水用了两层纹理
    // 纹理层0
    {
        texture Water01.jpg
        scroll_anim -0.25 0.1
    }

    // 纹理层1
    {
        texture Water01.jpg
        scroll_anim -0.1 0.25
        
        // 纹理层1与纹理层2之间的混合方式，add代表两层颜色相加。
        colour_op add
    }
}

// 大小正弦波影响的特效
Examples/TextureEffect1
{
    ambient 0.75 0.75 0.75

    // 关闭硬件拣选与软件拣选，即双面渲染
    // 硬件拣选，由硬件渲染器负责。基于画三角形的方式（顺时针，逆时针）。　
    // 软件拣选，在前几何信息改善到硬件器之前，进行拣选。基于三角形的前和后（由三角形的向量决定）。

    cull_hardware none
    cull_software none

    // 纹理层0
    {
        // 纹理图的文件名
        texture BumpyMetal.jpg

        // wave_xform指定一个波形函数，来对指定的纹理层属性（scale或scroll或rotate）产生影响
        // wave_xform <纹理层的某个属性> <波形> <base> <频率> <相位> <振幅>
        // 下面这句可以解释成：纹理的宽度值　＝　纹理的宽度值　＊　正弦波当前时间的值(base+sine)
        wave_xform scale_x sine 0 0.1 0 5

        // 旋转速率　＝　旋转速率　＋　正弦波当前的值
        // wave_xform rotate sine 0.1 0.1 0 5
    }
}

// 纹理流动的管道
Examples/TextureEffect2
{
    scene_blend add
    {
        texture Water02.jpg
        scroll_anim 0.5 0
    }
}

（三）材质脚本关健字说明

ambient设置材质的环境光反射属性

格式: ambient <red> <green> <blue>

正确的参数在0.0和1.0之间取值。直接影响物体材质对环境光反射能力。默认值为白色（1.0 1.0 1.0）。

diffuse设置材质的漫反射属性

格式: diffuse <red> <green> <blue>

正确的参数在0.0和1.0之间取值。直接影响物体材质对漫射光的反射属性。默认值为白色（1.0 1.0 1.0）。

specular设置材质的镜面反射属性

格式: specular <red> <green> <blue> <shininess>

正确的颜色参数在0.0和1.0之间取值，shininess属性可以是任何正数。直接影响物体材质的镜面反射属性。默认值为无镜面反射（0.0 0.0 0.0 0.0）。

emissive设置材质本身的发光程度

格式: emissive <red> <green> <blue>

正确的颜色参数在0.0和1.0之间取值。 如果一个物体自发光，它将不需要外界的照明，但是，值得注意的是这不表明这个物体将会成为一个光源：它只会照亮自己。默认是黑色（0.0 0.0 0.0）。

scene_blend 设置与场景的混合方式，有两种形式

格式1: scene_blend <add|modulate|alpha_blend>

这个格式比较简单常用一些，参数意义如下：

格式2: scene_blend <src_factor> <dest_factor>

这个格式比较麻烦，但是比较完善。结果的计算公式为(texture * sourceFactor) + (scene_pixel * destFactor)其中sourceFactor 和destFactor如下：

默认值: scene_blend one zero (不透明)

depth_check是否开深度测试

格式: depth_check <on|off>

默认打开深度缓存。有助于判断两个点的遮挡关系和前后关系，体现三维立体感。

depth_write是否允许对已经存在的深度缓存进行写操作

格式: depth_write <on|off>

默认允许，关掉的话，则被关的Material会一直浮动在所有物体前面。

depth_func当深度缓存打开的时候，挑选一个比较函数

格式: depth_func <func>

默认为:小于等于就换掉 depth_func less_equal

cull_hardware设置硬件Cull模式

格式: cull_hardware <clockwise|anitclockwise|none>

默认顺时针Cull。这与OpenGL的默认是一样的，但和D3D的默认相反。（因为Ogre用的是OpenGL采用的右手坐标系）

cull_software设置软件Cull模式

格式: cull_software <back|front|none>

默认背面。相当于硬件Cull模式的顺时针。

lighting光照

设置动态光照是否为此材质打开。如果关掉，将使材质本身的所有的ambient, diffuse, specular, emissive和shading属性无效，仅仅与外界的光照有关。

格式: lighting <on|off>

默认: lighting on

shading阴影模式

格式: shading <flat|gouraud|phong>

默认: shading gouraud

filtering设置纹理过滤方式

格式: filtering <none|bilinear|trilinear>

默认是双线性（bilinear）

（四）Texture Layer专用属性

texture设置纹理要使用的图名

格式: texture <texturename>

无默认值，必须指定一个纹理名。

anim_texture动画纹理

设置动画纹理使用的图片文件名。

格式1 (短的): anim_texture <base_name> <num_frames> <duration>

指定一个图片名称，以这个名称后缀_1、_2一直到_num（由num_frames指定），duration指定间隔时间。

格式2 (长的): anim_texture <frame1> <frame2> ... <duration>

一个一个指定图片名称，duration指定间隔时间。

无默认值

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