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基于Cocos2d-x 3.6 打造体素游戏

发表于2016-05-28
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1、什么是体素游戏
　　最大名鼎鼎的当然是《Minecraft》(《我的世界》), 虽然最常冠以沙盒游戏的的分类，但整个世界、角色等都是采用立方体体素打造的，我们也将其分类在体素游戏之内，Voxel(体素)是voluempixel的缩写，是指构成由立体渲染对象构成世界的最小单位。体素不光是单指立方体，也包括各种其他几何体，比如：球体、圆柱体、甚至是复杂几何体的迭代形式。如下图场景就是分别用球体与圆柱体打造：



　　当然随着《Minecraft》的风靡，体素游戏发展到了更高高度，各种体素工具和体素游戏引擎也逐渐出现，虽然不是作为本文重点，但简单介绍2个体素引擎（体素工具在本文的工具篇再详细介绍）:
　　VoxelFarm Engine (简称VFE): http:http://voxelfarm.com
　　Atomontage Engine (无限细节技术): http://www.atomontage.com
　　Voxlap Engine(一个牛人在93年就开始开发的小引擎): http://advsys.net/ken/voxlap/voxlap05.htm

2、打造一个体素游戏
　　言归正传，本文意在讲述如何用简单快捷的方式打造我们自己的体素游戏，由于手机的火爆，很多简单的游戏也在手机上取得了成功，这类游戏都有着极简的设计和明朗色块的体素，这其中比较有代表性的就是《天天过马路》了，当然也有用2D像素Isometric化模拟的体素游戏，如《cloud path》, 出于追随潮流我也开始打造了一个自己的体素游戏，先来做个广告：《Rainbow' End》（《彩虹尽头》）28天开发完成，已经在App Store和Google play上线，欢迎体验。


　　本文也是针对这款游戏从工具、引擎、表现方面给大家来讲述：

一、工具篇
　　制作体素的工具有很多，当然也可以用3dmax,maya等传统建模工具制作，但不符合快速开发的原则，所以为了在一个月内开发完成，只能花时间去寻找更多的工具。
Painter3D
Sproxel
Qubicle Constructor
VoxelShop
Qblock (在线制作,可以看到其他玩友上传的作品来寻找灵感)
MagicaVoxel Editor (本文使用，重点推荐)
　　本文采用 MagicalVolex Editor 0.93 进行开发（目前版本0.96.3） 注意：0.93更早的版本没有对相同体素导出时进行顶点优化，会导致游戏中顶点数偏高，游戏性能下降。 MagicalVolex Editor工具使用教程本文不讲，可参考网站提供的教学视频学习。 


　　将通过MagicalVolex Editor建好的体素模型通过export导出选项中的obj导出，再通过3dMax或(Blender3D, Cinema4D, Maya)等传统建模工具的任何一种将obj文件导出成fbx文件备用。（当然本身一些引擎是支持obj文件格式的，包括Cocos2d-x，之所以转换下是为了使用Cocos2d-x下的模型的c3b或c3t格式，考虑以后引擎升级可能的模型优化）。

二、引擎篇
　　U3D + MagicaVoxel Editor是可以非常简单的进行使用开发的，本文不做赘述，由于正版U3D发行问题和作者本身也想测试下cocos2dx 3D部分的性能，所以选择了Cocos2d-x 3.6版本进行。
　　首先是模型转化，将fbx文件通过Cocos2d-x提供的工具fbx-conv进行转化，生成c3b模型文件和纹理文件（注意：这里可以对文件进行优化，可以让游戏中所有使用的模型在MagicalVolex Editor下使用相同的调色版，这样导出的索引色是相同的，这就意味着所有模型可以公用一张纹理文件，可以大大减少io读取时间和显存使用。）
　　然后初始化3D场景，包括创建天空盒，创建3D摄像机，创建天光，给场景添加灯光，是为了弥补体素对象色彩单一导致的显示比较平的问题，添加灯光来区别体素不同面的间隔，相关代码如下：

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void HelloWorld::spawnExplosion(const cocos2d::Vec3& pos)
{
    auto explosion = PUParticleSystem3D::create("explosionSystem.pu");
    if(!explosion)
        return;
    explosion->setCameraMask((unsigned short)CameraFlag::USER1);
    explosion->setPosition3D(pos);
    explosion->setScale(2.0f);
    this->addChild(explosion);
    explosion->startParticleSystem();
}

　　彩虹对象采用了ParitcleUniverse的条带系统实现，对象的定义和实现如下：

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class RibbonTrail : public cocos2d::Node, public cocos2d::BlendProtocol
{
    RibbonTrail();
    virtual ~RibbonTrail();
    public:
        static RibbonTrail* create(const std::string &textureFile, float width, float length);
        bool initWithFile(const std::string &path, float width, float length);
        virtual void update(float delta);
        virtual void draw(cocos2d::Renderer* renderer, const cocos2d::Mat4& transform, uint32_t flags) override;
        // overrides
        virtual void setBlendFunc(const cocos2d::BlendFunc &blendFunc) override;
        virtual const cocos2d::BlendFunc &getBlendFunc() const override;
        cocos2d::PURibbonTrail* getTrail() const { return m_pTrail; }
    private:
        cocos2d::PURibbonTrail*             m_pTrail;
        cocos2d::BlendFunc                  m_BlendFunc;
};
  
RibbonTrail* RibbonTrail::create(const std::string &textureFile, float width, float length)
{
    if (textureFile.length() < 4)
        CCASSERT(false, "invalid filename for texture file");
    auto ribbonTrail = new (std::nothrow) RibbonTrail();
    if (ribbonTrail && ribbonTrail->initWithFile(textureFile, width, length))
    {
        ribbonTrail->autorelease();
        return ribbonTrail;
    }
    CC_SAFE_DELETE(ribbonTrail);
    return nullptr;
  
}
RibbonTrail::RibbonTrail()
:m_pTrail(nullptr)
{
    m_BlendFunc = {GL_SRC_ALPHA , GL_ONE};
}
RibbonTrail::~RibbonTrail()
{
    m_pTrail = nullptr;
}
bool RibbonTrail::initWithFile(const std::string &path, float width, float length )
{
    m_pTrail = new (std::nothrow) PURibbonTrail("RibbonTrail", path);
    if(m_pTrail)
    {
        m_pTrail->setNumberOfChains(1);
        m_pTrail->setMaxChainElements(100);
        m_pTrail->setTrailLength(length);
        m_pTrail->setUseVertexColours(true);
        m_pTrail->setInitialColour(0, Vec4(1, 1, 1, 1));
        //m_pTrail->setColourChange(0, Vec4(0.8, 0.8, 0.8, 0.8));
        m_pTrail->setInitialWidth(0, width);
        m_pTrail->setDepthTest(true);
        m_pTrail->setDepthWrite(true);
        return true;
    }
    return false;
}
void RibbonTrail::update(float delta)
{
    if(m_pTrail)
        m_pTrail->update(delta);
}
void RibbonTrail::draw(Renderer* renderer, const Mat4& transform, uint32_t flags)
{
    if(m_pTrail)
        m_pTrail->render(renderer, transform, m_BlendFunc);
}
const BlendFunc& RibbonTrail::getBlendFunc() const
{
    return m_BlendFunc;
}
  
void RibbonTrail::setBlendFunc(const BlendFunc &blendFunc)
{
    m_BlendFunc = blendFunc;
}


　　相关粒子全部代码下载：https://github.com/lwwhb/cocos2dx3.6_voxel_tutorial

三、后记
　　以目前Cocos2d-x 3.6版本提供的3D部分封装，是可以完全满足一个简单3D游戏的需求，而且包体相对U3D实现要小得多，但引擎部分仍然有很多地方需要加强，比如材质系统，没有材质系统的渲染，只能针对每个对象手动设置shader实现。另外Cocos2d-x中针对Sprite3D的合批操作也没有办法实现，需要修改引擎或采用模型的instancing来去进行速度优化。但总体来说的性能一个简单的体素游戏Cocos2d-x是可以应付的，大家可以放心使用。
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游戏开发Cocos2dx场景游戏视觉渲染3Dmax