自定义材质

简介

材质对于物体的渲染效果非常重要。引擎的材质系统目前已经预定义了PBR，Unlit，Blinn和Lambert材质。 为了实现更为丰富的渲染效果，材质系统也提供了相关接口用于自定义材质。自定义材质可以应用于任何Mesh对象。

前提条件

引擎使用javascript编写Shader，在实现自定义材质之前请确认你已经熟悉这部分内容。参见：编写shader

渲染流程

在编写自定义材质之前你需要了解引擎的渲染流程。场景的渲染需要经过多个Pass:

1. DepthPass

在需要的情况下，场景会先进行一次深度渲染生成深度缓冲区，线性深度会被渲染到一张Float32纹理。DepthPass只渲染不透明物体。

2. ShadowMapPass

如果场景中存在投射阴影的光源，每个光源渲染一张ShadowMap

3. LightingPass

根据光源的数量以及是否投射阴影，场景需要被渲染一遍或多遍。每个投射阴影的光源需要单独渲染一遍，其他不投射阴影的光源 利用聚簇光照(Clustered lighting)技术渲染一遍。

4. 天空，雾效以及后处理

自定义材质需要正确处理DepthPass，ShadowMapPass和LightingPass。

创建自定义材质

MeshMaterial是所有Mesh材质的基类，任何自定义材质必须继承于MeshMaterial。

自定义材质继承MeshMaterial以后可能需要重写一些类方法：

• MeshMaterial.supportLighting()

  返回true表明该材质受光照影响，否则为无光照材质。该函数默认返回true。

• MeshMaterial.getQueueType()

  返回QUEUE_OPAQUE表明此材质需要在不透明阶段旭渲染， 返回QUEUE_TRANSPARENT表明此材质需要在透明阶段渲染。

• MeshMaterial.isTransparentPass(pass)

  返回true表明该材质的指定pass是否为半透明。该值影响Shader对alpha通道的处理。 默认情况下该函数通过MeshMaterial.blendMode 属性来判断是否半透明，如果blendMode为'none'则返回false，否则返回true。

• MeshMaterial.applyUniformValues(bindGroup, ctx, pass)

  该函数用于上传该材质指定pass所需的uniform常量。如果自定义材质定义了新的uniform常量，则需要重写该函数。 重写此方法必须调用其默认实现。

• MeshMaterial.vertexShader(scope)

  这里是该材质的VertexShader实现，必需重写。 重写此方法必须调用其默认实现。

• MeshMaterial.fragmentShader(scope)

  这里是该材质的fragmentShader实现，必需重写。 重写此方法必须调用其默认实现。

• MeshMaterial.updateRenderStates(pass, stateSet, ctx)

  每次当使用该材质的渲染对象被渲染之前会调用，用于设置材质的渲染状态。 重写此方法必须调用其默认实现。

• MeshMaterial.apply(ctx)

  当应用材质时调用，按需创建Shader设置uniform常量。 重写此方法必须调用其默认实现。

类ShaderHelper提供了编写材质需要的诸多工具函数。

系统设计

引擎的材质系统使用混入(Mixin)设计模式提供组件的共用。组件被混入以后会给自定义材质注入相关的属性和方法，也可能会改变材质的一些默认行为。

自定义材质可以通过调用applyMaterialMixins方法混入一个或多个组件。

例如，需要混入组件mixinLambert光照模型，类需要定义如下：

class MyMaterial extends applyMaterialMixins(MeshMaterial, mixinLambert) {
  // 材质实现
}