cocos2dx实现自定义2D地形

先来看看效果：

对于2D地形的生成，可以采用2种方法，

1.使用建模软件将2D的地形模型构建好直接使用Sprite3D导入

 

优点：不需要太多程序控制，只是简单的导入

缺点：需要建模，而且还要转换成2D坐标，很难使用chipmunk加入物理特性

 

2.根据自定义数据使用顶点数据和shader。

下面来讲解如何实现，之后分析优缺点。

推荐一篇博客

如何制作一个类似Tiny Wings的游戏 Cocos2d-x 2.1.4

如果你看懂了上面的博客，那么就跟容易理解笔者讲解的。

 

首先准备，图片资源

    

                  草地（地形表面）                                             土地（地形底部）

地形数据，其实是由许多点连成线组成的，如图

只要获取这些点就可以得到一个比较平滑的地形，如果点的间隔比较大，得到的地形就没有那么平滑，所以两个点的水平距离要根据需要设置。

由于主要讲解如何根据点生成地形，这里就不讲解如何生成这么多点，有兴趣的同学可以加

QQ：842723654，一起讨论。

有了数据，那么应该如何生成地形呢？

我们都知道大多数3D模型是由许多点组成的（有些模型也包含曲线），这些点就组成了许多三角形，

这些三角形就组成了一个模型，给这个模型赋予贴图，就得到了一个完整的模型。

同样利用这个道理，我们可以自己构造一个2D模型。

对于上面由线段组成的曲线，如果将每一个点复制后向下平移一定的距离，就能得到

许多矩形（实际就多了一倍的顶点，目前还是点），现在就要把这些矩形拆分成三角形，

每个矩形沿对角线切割，就得到了三角形。

让我们想想opengl绘制三角形的方法，

glBegin(GL_TRIANGLES); ..... glEnd(); 这种方法又慢又费资源。

glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); ..... glEnd();  这种方法比刚才的快了一点

 

glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP,  ,  ); 这种一次绘制的就是我们想要的，

其实cocos2dx也是利用glDrawArrays来减少绘制次数的，尤其是对于粒子，一次性

传入所有粒子的顶点，一次性绘制，岂能不快。

这里也提一下，假如提供了1,2,3,4,5,6,6个顶点：

GL_TRIANGLES，每三个顶点构成一个三角形，(1,2,3),(4,5,6),绘制2个三角形

GL_TRIANGLE_STRIP，前面的两个顶点与当前顶点构成一个三角形，

(1,2,3),(2,3,4),(3,4,5),(4,5,6),绘制4个三角形

可见如果要节约资源，采用GL_TRIANGLE_STRIP是个不错的选择。

 

关于地形顶点数据的存储，笔者采用文件存储，前4个字节，表示顶点的个数，

以后每8个字节表示一个顶点，因为Vec2就占8个字节，正好可以读入。

如下，载入数据：

 

auto data = FileUtils::getInstance()->getDataFromFile(fileName);

CC_BREAK_IF(data.isNull());

 

int numPoint = *((int*)data.getBytes()); // 读取顶点个数

_points.resize(numPoint);

memcpy(&_points[0], data.getBytes() + 4, data.getSize() - 4); // 读取顶点数据

 

这里_points是std::vector _points;

vector的数据是连续的，而且Vec2又占8个字节,又不需要特殊的构造。

下一步就是将顶点数据转换成三角形顶点

对于土地部分

bool TerrainBottom::initTriangle(std::vector& points)
{
	// triangles
	Vec2 pt(0.f, 0.f);
	for (std::size_t i=0; i< points.size(); ++i)
	{
		pt.x = points[i].x;
		_triangles.push_back(pt);		// 先下方顶点
		_triangles.push_back(points[i]);	// 再上方顶点
	}
	_bUserTexCoord = false;  // 是否使用自定义纹理坐标

	return true;
}

只要保证顶部地形的走势就可以，底部要做的就是一直拖到屏幕最下方，

所以根据上面标有数字的图片，按照数字顺序添加顶点就可以了。

 

而对于表面（草地）部分

实际上就是给土地镶嵌一层花边，如图中的黑色粗线

只要将每个顶点的Y坐标上下平移一小段距离，得到图中的橘色多边形就可以了

bool TerrainSurface::initTriangle(std::vector& points)
{
	// triangles
	Vec2 pt;
	for (std::size_t i=0; i< points.size(); ++i)
	{
		pt = points[i];
		_triangles.push_back(Vec2(pt.x, pt.y - 16.f));  // 向下平移
		_texCoords.push_back(Vec2(pt.x / 256.f, 0.f));
		_triangles.push_back(Vec2(pt.x, pt.y + 16.f));  // 向上平移
		_texCoords.push_back(Vec2(pt.x / 256.f, 1.f));
	}
	_bUserTexCoord = true;		// 是否使用自定义纹理坐标
	return true;
}

这样土地和表面的三角顶点数据就构造好了

 

纹理的处理

纹理采用的是GL_REPEAT,对于地形的显示至关重要。

// texture
Texture2D::TexParams texParams;
texParams.magFilter = GL_LINEAR;
texParams.minFilter = GL_LINEAR;
texParams.wrapS = GL_REPEAT;
texParams.wrapT = GL_REPEAT;
tex->setTexParameters(texParams);

那么纹理坐标应该怎么生成呢？

土地可以根据(坐标/图像的尺寸)得到。

表面水平方向/图像的宽带,竖直方向不能根据坐标，因为纹理是重复的，

只要将上顶点设为0.f，下顶点设为1.0f,就可以，纹理坐标Y坐标与opengl坐标系是相反的。

顶点坐标纹理都已准备好,下面就是如何绘制了.

Shader+绘制函数就可以搞定了，

继承Node,重载draw函数

void TerrainSprite::draw(Renderer *renderer, const Mat4 &transform, uint32_t flags)
{
	_customCmd.init(_globalZOrder, transform, flags);
	_customCmd.func = CC_CALLBACK_0(TerrainSprite::onDraw, this, transform, flags);
	renderer->addCommand(&_customCmd);
}

定义一个CustomCommand,目的调用自己的绘制方法，

void TerrainSprite::onDraw(const Mat4 &transform, uint32_t flags)
{
	getGLProgramState()->apply(transform);

	glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, _triangles.size());
	CC_INCREMENT_GL_DRAWN_BATCHES_AND_VERTICES(1, _triangles.size());
}

我们并没有使用glVertexPointer, glTexCoordPointer, 因为可以利用cocos2dx 的shader设置顶点属性

getGLProgramState()->setVertexAttribPointer,

void setVertexAttribPointer(
const std::string &name, // 属性名 如attribute vec4 a_position
GLint size,              // 每个元素占几个type 
GLenum type,             // 元素分量类型  如Vec2 占2个float type = GL_FLOAT
GLboolean normalized,    // 是否为法线？ 
GLsizei stride,          // 元素间隔 如 sizeof(Vec2)
GLvoid *pointer          // 元素指针
);

可以这样提供给shader顶点坐标, 前提顶点着色器要有attribute vec4 a_position

getGLProgramState()->setVertexAttribPointer("a_position",2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vec2), &_triangles[0]);

同理纹理坐标

getGLProgramState()->setVertexAttribPointer("a_texCoord",2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vec2), &_texCoords[0])

可以参照tests的ShaderTests

到此我们已经知道地形绘制的方法，具体怎么实现呢？

组织方式

Terrain类管理地形的表面和土地

TerrainSurface类和TerrainBottom类分别显示地形的表面和土地

两者继承TerrainSprite类，TerrainSprite类显示自定义网格,

考虑一下Surface 和 Bottom 不同之处: 纹理,三角形数据，shader

仅仅几个参数不同，所以可以合并到TerrainSprite.

 

先来分析Terrain，载入地形数据，初始化表面和土地

lass Terrain : public Node
{
public:
	static Terrain* create(const std::string &fileName); // 根据文件生成地形
	bool init(const std::string &fileName);	// 初始化

private:
	bool loadTerrainData(const std::string &fileName); // 载入地形数据

private:
	std::vector _points;  // 保存顶点数据
	TerrainSurface* _surface;	 // 地形表面
	TerrainBottom* _bottom;    // 地形土地
};

初始化代码：

bool Terrain::init(const std::string &fileName)
{
	do 
	{
		CC_BREAK_IF(!Node::init());	// 基类初始化

		CC_BREAK_IF(!loadTerrainData(fileName)); // 载入数据

		_bottom = TerrainBottom::create(_points); // 土地
		CC_BREAK_IF(_bottom == nullptr);
		this->addChild(_bottom);

		_surface = TerrainSurface::create(_points); // 表面
		CC_BREAK_IF(_surface == nullptr);
		this->addChild(_surface);

		return true;
	} while(0);

	return false;
}

然后TerrainSprite, 根据顶点数据构造三角顶点和纹理顶点,初始化shader,并绘制,头文件就不用看了,

由于三角形的处理不同所以提供了一个纯虚函数,让子类实现。

class TerrainSprite : public Node
{
public:
	static TerrainSprite* create(std::vector& points, Texture2D* tex, const std::string& vertFile, const std::string& fragFile);
	bool init(std::vector& points, Texture2D* tex, const std::string& vertFile, const std::string& fragFile);
	
	void draw(Renderer *renderer, const Mat4 &transform, uint32_t flags);
	void onDraw(const Mat4 &transform, uint32_t flags);

protected:
	virtual bool initTriangles(std::vector& points) = 0;
	bool initShader(Texture2D* tex, const std::string &vertFile, const std::string& fragFile);	
protected:
	CustomCommand _customCmd;
	std::vector _triangles;
	std::vector _texCoords;
	bool _bUserTexCoord;
};

先来看看初始化,初始化shader,顶点数据,设置参数

bool TerrainSprite::init(std::vector& points, Texture2D* tex, const std::string& vertFile, const std::string& fragFile)
{	
	do 
	{
		CC_BREAK_IF(!Node::init());
		CC_BREAK_IF(!initShader(tex, vertFile, fragFile));
		CC_BREAK_IF(!initTriangles(points));
		
		getGLProgramState()->setVertexAttribPointer("a_position", 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vec2), &_triangles[0]);	// 顶点坐标
		if (_bUserTexCoord)
		{
			getGLProgramState()->setVertexAttribPointer("a_texCoord", 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vec2), &_texCoords[0]); // 纹理坐标
		}

		return true;
	} while (0);

	return false;
}

再来看看shader的初始化, 改变纹理参数, 向shader设置纹理及尺寸

bool TerrainSprite::initShader(Texture2D* tex, const std::string &vertFile, const std::string& fragFile)
{
	// texture
	Texture2D::TexParams texParams;
	texParams.magFilter = GL_LINEAR;
	texParams.minFilter = GL_LINEAR;
	texParams.wrapS = GL_REPEAT;
	texParams.wrapT = GL_REPEAT;
	tex->setTexParameters(texParams);

	// shader
	auto glProgram = GLProgram::createWithFilenames(vertFile, fragFile);
	auto glProgramState = GLProgramState::getOrCreateWithGLProgram(glProgram);
	glProgramState->setUniformTexture("u_terrain", tex);
        glProgramState->setUniformVec2("u_texSize", Vec2(tex->getContentSize().width, tex->getContentSize().height));
	setGLProgramState(glProgramState);

	return true;
}

最后分析TerrainSurface和TerrainBottom

class TerrainSurface : public TerrainSprite
{
public:
	static TerrainSurface* create(std::vector& points);

protected:
	virtual bool initTriangles(std::vector& points);
	
};

如何创建

TerrainSurface* TerrainSurface::create(std::vector& points)
{
	auto node = new (std::nothrow) TerrainSurface;
	if (node != nullptr)
	{
		auto tex = Director::getInstance()->getTextureCache()->addImage("surface.png");
		node->init(points,tex, "glsl/terrain_surface.vert", "glsl/terrain_surface.frag");
		node->autorelease();
		return node;
	}

	delete node;
	return nullptr;
}

重点是这句

node->init(points,tex, "glsl/terrain_surface.vert", "glsl/terrain_surface.frag");

纹理,shader,其实create还可以提供一个Texture2D*的参数以便得到不同的纹理。

initTriangles,在文章前面已经提到过,

TerrainBottom类似，具体请在文章最后下载源码查看。

Shader的编写

 

顶点着色器

attribute vec4 a_position;
attribute vec2 a_texCoord;

#ifdef GL_ES
varying mediump vec2 v_texCoord;
#else
varying vec2 v_texCoord;
#endif

uniform vec2 u_texSize;	// 纹理尺寸,在bottom中用到

void main()
{
    gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position; // 一定记住是CC_MVPMatrix
v_texCoord = a_texCoord;  // 因为surface提供了纹理坐标
v_texCoord = vec2(a_position.x / u_texSize.x, a_position.y / u_texSize.y); // bottom需要根据顶点计算使用a_position而不使用gl_Position,a_position是应用程序传递的坐标,而gl_Position是计算后在模型视图的位置,试着替换为gl_Position。
}

片元着色器

uniform sampler2D u_terrain;

#ifdef GL_ES
varying mediump vec2 v_texCoord;
#else
varying vec2 v_texCoord;
#endif
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(u_terrain, v_texCoord);
}

使用很简单

_terrain = Terrain::create("map.data");
this->addChild(_terrain);

可见自定义数据,可以通过shader轻松更改显示特效,同时还可以添加物理特性.

源码下载