CustomMaterial и ShaderMaterial: свои шейдеры

В Babylon.js создание кастомных материалов позволяет разработчикам реализовывать уникальные визуальные эффекты, которые невозможно достичь с использованием стандартных шейдеров. Библиотека поддерживает два основных подхода для создания собственных материалов: CustomMaterial и ShaderMaterial. Оба способа дают разработчику полный контроль над рендерингом объектов в сцене, однако они отличаются по уровню абстракции и гибкости.

CustomMaterial: создание кастомного материала

CustomMaterial предоставляет более высокоуровневый интерфейс для работы с материалами. С помощью этого класса можно создать материалы, которые используют стандартный пайплайн рендеринга, но с добавлением пользовательской логики. Он позволяет вам подключить пользовательские шейдеры к стандартному процессу рендеринга Babylon.js, сохраняя при этом преимущества таких функций, как поддержка света, теней и текстур.

let customMaterial = new BABYLON.CustomMaterial("custom", scene);
customMaterial.diffuseColor = new BABYLON.Color3(1, 0, 0); // Красный цвет

Ключевое преимущество CustomMaterial — это способность интегрировать кастомные шейдеры в стандартную систему материалов Babylon.js. Это даёт возможность гибко изменять визуальные эффекты, не обходя системы, такие как управление освещением, текстурами и другими аттрибутами.

Использование вершинных и фрагментных шейдеров

Для создания материала на основе CustomMaterial необходимо задать как минимум два шейдера: вершинный и фрагментный. Эти шейдеры будут обрабатывать данные геометрии и пиксели, создавая нужный визуальный эффект. Пример создания материала с кастомным вершинным и фрагментным шейдерами:

let customMaterial = new BABYLON.CustomMaterial("custom", scene);

// Вершинный шейдер
customMaterial.vertexShader = `
  void main(void) {
    gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
  }
`;

// Фрагментный шейдер
customMaterial.fragmentShader = `
  void main(void) {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // Красный цвет
  }
`;

let sphere = BABYLON.MeshBuilder.CreateSphere("sphere", {diameter: 1}, scene);
sphere.material = customMaterial;

В этом примере создается красная сфера, где всё управление цветом и геометрией происходит через кастомные шейдеры.

Особенности и ограничения

  • Пайплайн рендеринга: CustomMaterial использует стандартный пайплайн рендеринга, что означает, что свет, тени и другие эффекты могут работать без необходимости в явном указании.
  • Использование Uniform переменных: Чтобы передавать данные из JavaScript в шейдеры, можно использовать uniform-переменные. Например, передача матриц преобразования или значений, связанных с окружающим светом.
  • Отсутствие сложных эффектов: Несмотря на гибкость, создание действительно сложных материалов с помощью CustomMaterial может быть ограничено.

ShaderMaterial: более гибкий подход

Если требуется более высокий уровень контроля, то стоит обратить внимание на ShaderMaterial. Этот класс предоставляет разработчикам полный доступ к шейдерам и рендеринг пайплайну, что позволяет реализовать материалы с более сложной логикой, в том числе с учётом продвинутых эффектов, таких как постобработка, анимация и сложная работа с текстурами.

let shaderMaterial = new BABYLON.ShaderMaterial("shader", scene, {
    vertexElement: "vertexShader",
    fragmentElement: "fragmentShader"
}, {
    attributes: ["position", "normal", "uv"],
    uniforms: ["worldViewProjection"]
});

// Вершинный шейдер
BABYLON.Effect.ShadersStore["vertexShader"] = `
  void main(void) {
    gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1.0);
  }
`;

// Фрагментный шейдер
BABYLON.Effect.ShadersStore["fragmentShader"] = `
  void main(void) {
    gl_FragColor = vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0); // Зелёный цвет
  }
`;

let cube = BABYLON.MeshBuilder.CreateBox("cube", {size: 1}, scene);
cube.material = shaderMaterial;

ShaderMaterial позволяет использовать внешние шейдерные файлы или строки для задания вершинных и фрагментных шейдеров, что даёт гораздо больше возможностей для управления рендерингом.

Основные особенности ShaderMaterial

  1. Полный контроль над рендерингом: Все этапы рендеринга, от расчёта вершин до вывода пикселей, находятся под полным контролем пользователя.
  2. Более сложные эффекты: С помощью ShaderMaterial можно легко реализовать такие эффекты, как объёмные тени, динамическое освещение, сложные анимации и другие визуальные технологии, требующие высокой гибкости.
  3. Необходимость более глубоких знаний: Для работы с ShaderMaterial необходимо владеть языком GLSL и хорошо понимать основы графического рендеринга, поскольку он не скрывает сложные детали, а наоборот, даёт доступ к каждому этапу.

Передача данных в шейдеры

В обоих случаях — как для CustomMaterial, так и для ShaderMaterial — важно уметь передавать данные между JavaScript и шейдерами. Это можно делать через uniform-переменные, которые предоставляют связь между данными из кода и шейдерами.

Для этого можно использовать метод setFloat, setColor3, setMatrix, и другие, в зависимости от типа данных, которые нужно передать.

Пример передачи матрицы в шейдер:

let customMaterial = new BABYLON.CustomMaterial("custom", scene);
customMaterial.setMatrix("worldViewProjection", camera.getViewMatrix().multiply(camera.getProjectionMatrix()));

Пример использования кастомных шейдеров для создания анимации

Чтобы создать анимацию, основанную на шейдерах, достаточно обновить значения переменных, таких как время, и передать их в шейдеры. Например, можно анимировать цвет или текстуру объекта в зависимости от времени:

let shaderMaterial = new BABYLON.ShaderMaterial("shader", scene, {
    vertexElement: "vertexShader",
    fragmentElement: "fragmentShader"
}, {
    attributes: ["position", "normal", "uv"],
    uniforms: ["worldViewProjection", "time"]
});

BABYLON.Effect.ShadersStore["fragmentShader"] = `
  uniform float time;
  void main(void) {
    gl_FragColor = vec4(abs(sin(time)), 0.0, 0.0, 1.0); // Анимация красного канала
  }
`;

let sphere = BABYLON.MeshBuilder.CreateSphere("sphere", {diameter: 1}, scene);
sphere.material = shaderMaterial;

scene.registerBeforeRender(function() {
  shaderMaterial.setFloat("time", performance.now() * 0.001); // Обновляем время
});

В этом примере цвет объекта будет изменяться в зависимости от времени, создавая эффект анимации.

Вывод

Работа с кастомными материалами в Babylon.js, будь то через CustomMaterial или ShaderMaterial, даёт широкие возможности для реализации уникальных визуальных эффектов. Важно понимать различия между этими подходами: первый предоставляет больше абстракции и простоты в использовании, в то время как второй — более гибкий и мощный инструмент, требующий от разработчика глубоких знаний в области шейдеров и рендеринга.

Оглавление