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过火
再度出击！这次我们要玩得更火一点—把静帧变动画。没错，将棋盘格动起来！看一下效果：
这是一个经典的无限偏移动画，在很多2d横版射击游戏中都会采用的技术。如何在Processing中实现，有两种比较常见的方法。1.使用相机补位式 2.纹理采样式
1.相机补位式
（ gif 取自 https://www.gameres.com/840857.html
）
简单地说是使用几张图片素材有机整合在一起，通过视口的偏移量来计算是否需要重置相应图片素材的位置，如果到了边缘临界，那幺相关图片需要重置其位置。这样的补位方式才保证了视口里不被穿帮，观众看到的是一个连续的形象和世界。这种方式简单易懂，操控对象直接，方便调控，但是对于目前我们的代码是不合适的，因为整个代码是按照面向过程的思路去编写的，没有对象概念，对其参数不可单独控制。
2.纹理采样式
很明显是使用纹理贴图的UV信息作偏移，因为在三维渲染中，材质UV纹理包裹形式是不同种类的，常见的有：Clamp(拉伸)、Repeat(循环重复\平铺)、Mirror(镜像)。这些方式的计算过程已经被封装在OpenGL或是DircectX应用标准中，只需要在应用时定义好相关属性方可使用，讨巧的技术。
这一次先上代码：
PShader shader ;
int increW;
int increH;
int WCOUNT = 10;
int HCOUNT = 10;
void drawRect(PGraphics pg, int c, int x, int y, int w, int h) {
pg.noStroke();
pg.fill(c);
pg.rect(x, y, w, h);
}
PGraphics drawOneGraphics()
{
PGraphics pg = createGraphics(width, height);
pg.beginDraw();
int k = 0;
int c = 0;
for (int x = 0; x < width; x += increW)
{
for (int y = 0; y < height; y += increH)
{
if (k % 2 == 0)
c = color(255);
else
c = color(0);
drawRect(pg, c, x, y, increW, increH);
k++;
}
k++;
}
//pg.stroke(255,0,0);
//pg.strokeWeight(10);
//pg.noFill();
//pg.rect(0,0,width,height);
pg.endDraw();
return pg;
}
void settings() {
size(400, 400,P2D);
}
void setup() {
textureWrap(REPEAT);
increW = width/WCOUNT;
increH = height/HCOUNT;
shader = loadShader("shader.frag");
shader.set("resolution", float(width), float(height));
}
void draw() {
shader.set("time", millis()/1000.);
PImage chessboard = drawOneGraphics();
image(chessboard, 0,0);
filter(shader);
}
可以看到，这一次我再一次将绘制棋盘格过程进行了封装，变成了 drawOneGraphics()
这一函数。因为要使用纹理偏移，Processing默认的渲染框架是 JAVA2D
，不满足需求，因此要修改为 P2D
,在 size()
函数中添加参数 P2D
。其次是将着色器 PShader
导进来，我们要使用它作为纹理着色器为图像着色（其实就是纹理的偏移操作）。Processing着色器是需要通过 filter()
或 shader()
调用的，前者是作为过滤器，即 texture shader
纹理着色使用，一般做一些后期处理，而后者是传统的 matrial shader
材质着色，用来作用于场景中的模型上。所以大家以后看Processing opengl渲染的代码，经常会看到 PShader
被用在 filter()
或 shader()
函数中，留意好不同用法。纹理着色是要放在 filter()
中的，一般这样的调用顺序：
image(mygraphics1,0,0,); image(mygraphics2,0,0,); filter(myshader); //注意是放在图像绘制好之后调用，作为后期处理，当然也可以理解为 为我们视口大小的面片上着色
而材质着色是要放在 shader()
中的，调用顺序如下：
shader(myshader); image(mygraphics1,0,0,); shader(myshader2) drawMyGeometry(); //注意是放在绘制模型之前调用，作为材质着色器使用
当然有时候你的shader都可以放在任意一个函数中使用，只要调用顺序不要搞错。接下来看看这回的shader源码：
#ifdef GL_ES //这一部分是基于平台的数值精度定义，方便优化
precision mediump float;
precision mediump int;
#endif
#define PROCESSING_TEXTURE_SHADER //宏定义为Processing 纹理shader,不写无妨
uniform sampler2D texture; //等待pde中的默认graphics传入，Processing底层封装好的变量名，不能更改，如果更改名字就意味用户自己的贴图变量
uniform float time; //等待被传入的时间变量
uniform vec2 resolution; //视口大小
varying vec4 vertColor;
varying vec4 vertTexCoord;
void main(void) {
vec2 p = vec2(time*0.1,time*0.1) + gl_FragCoord.xy / resolution.xy ; //待采样的目标纹理坐标
vec3 col = texture2D(texture, p).xyz;//纹理采样
vec4 cc = vec4( col, 1.0) ;
gl_FragColor = cc; //输出片元颜色
}
有些说明我放在了源码注释中了。其实glsl的学习是要经过漫长的适应期的，因为其并行的计算方式和我们解决问题的思考方式是不同的。网上有很多学习的资源，我推荐一个： https://thebookofshaders.com/
这个网站专门供同学学习shader,并且提供了很多实时编辑预览的工具，很酷~~~在我们的例子中是使用 texture shader
。要提的是 texture2D()
这个函数，2维纹理采样，将纹理图像通过相应坐标取值，取每一像素的颜色，返回给我们视口中的像素值，也就是 gl_FragColor
，那如何知道哪个纹理上的值是对应屏幕上的哪个点呢，使用 gl_FragCoord.xy / resolution.xy
来计算UV, gl_FragCoord
表示当前片元着色器处理的候选片元窗口相对坐标信息, resolution
是我们的视窗大小二维向量信息，一般的纹理着色 filter
，UV是标准的[0,1]相对坐标值。如果要偏移纹理图像，那幺就得在 texture2D()
第二个参数上下功夫，将其 vec2
向量偏移一个值。 vec2 p = vec2(time*0.1,time*0.1) + gl_FragCoord.xy / resolution.xy ;
在这里，偏移了 vec2(time*0.1,time*0.1)
的向量值,把标准UV值和它相加，这样，最终的效果会是纹理图像在视口中朝着斜45度角偏移。当然读者可以尝试不同的角度和速度。
注意到没有，有些shader属性是需要外部传进去的，如resolution、time。在pde中需要使用PShader的 set()
函数进行传参。resolution就是视口大小，time,让其形成动画的因子，不断地提高偏移向量值，因为Processing环境的 millis()
是毫秒级计时，需要除以1000来保证shader中时间概念的一致性。如果读者还有问题，请留言。
回火
是不是还能再改改，做成不同效果呢。把棋盘格简化成一色的，然后各自之间留些空隙会比较好看。先绘制静帧：
其实这里是有细节要提的，因为留了空隙所以务必计算好留多大，况且要做纹理偏移，大小如果一样合不合情。答案是否定的。如下图是正确的做法：
原因是纹理偏移，上一张的缝隙大小会被后一张所承接，因此边界处的缝隙量保持0.5个单位才能和里头的1.0相一致。在计算过程中可以假设边缘处的距离0.5y,非边缘处的空隙为y,每方块大小x,如果以画面3 3的规格绘制，窗口大小为400
400，那幺一轴向上的总像素量为 X = 3*x + 2*y + 0.5*y*2
.经计算，得到 400 = 3*x + 3*y
，其中x就是 increX
，那幺就很容易得出 空隙 y = 视窗宽度 / 方块个数 - 步长increment
。化成代码如下：
int edageweight = 10;
int WCOUNT = 8;
int HCOUNT = 8;
int increW;
int increH;
int k = 0;
int i, j;
i = -(increW+edageweight); //变量i辅助计算绘制起始点
j = -(increH+edageweight); //变量j辅助计算绘制起始点
for (int x=0; x < 10; x++) {
i += increW+edageweight;
for (int y=0; y < 10; y++) {
j += increH+edageweight;
if (k % 2 == 0)
{
int c = color(200, 20, 20);
drawRect(c, i+edageweight/2, j+edageweight/2, increW, increH);
}
k++;
}
j = -(increH+edageweight);
k++;
}
i = -(increW+edageweight);
如果用上之前的纹理着色器，那幺会有下面的效果：
pde代码：
int WCOUNT = 8;
int HCOUNT = 8;
int increW;
int increH;
int edageweight = 10;
PShader shader ;
void settings() {
size(400,400, P2D);
}
void setup() {
textureWrap(REPEAT);
shader = loadShader("shader.frag");
shader.set("resolution", float(width), float(height));
shader.set("time", millis()/1000.);
increW = (width)/WCOUNT-edageweight;
increH = (height)/HCOUNT-edageweight;
}
void draw() {
shader.set("time", millis()/1000.);
background(230);
Process();
filter(shader);
}
void drawRect(int c, int x, int y, int w, int h) {
noStroke();
fill(c);
rect(x, y, w, h);
}
void Process()
{
int k = 0;
int i, j;
i = -(increW+edageweight);
j = -(increH+edageweight);
for (int x=0; x < 10; x++) {
i += increW+edageweight;
for (int y=0; y < 10; y++) {
j += increH+edageweight;
if (k % 2 == 0)
{
int c = color(200, 20, 20);
drawRect(c, i+edageweight/2, j+edageweight/2, increW, increH);
}
k++;
}
j = -(increH+edageweight);
k++;
}
i = -(increW+edageweight);
}
还想加上鼠标交互？可以啊，加一个mouse 二维向量吧，shader代码如下：
#ifdef GL_ES
precision mediump float;
precision mediump int;
#endif
#define PROCESSING_TEXTURE_SHADER
uniform sampler2D texture;
uniform float time;
uniform vec2 resolution;
uniform vec2 mouse;
varying vec4 vertColor;
varying vec4 vertTexCoord;
void main(void) {
vec2 p = vec2(1,-1)*mouse.xy/resolution.xy + gl_FragCoord.xy / resolution.xy ;
vec3 col = texture2D(texture, p).xyz;
vec4 cc = vec4( col, 1.0) ;
gl_FragColor = cc;
}
pde中加入：
shader.set("mouse", (float)mouseX, (float)mouseY);
尾声
是时候做个总结了，使用Processing绘制一些基础纹理，然后用上shader帮其着色，做一些素材供其他软件使用再造，何尝不是一件很时髦的工作流程。
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