JME3开发教程 - 目录

天空

JME3开发教程

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本篇教程转载于：https://www.cntofu.com/book/71/chapter-17-outdoor-scene.md

3D游戏中的天空有很多实现方法，总的来说，皆是障眼法。最简单的手法不过是改变画面的背景色，让玩家“感觉”到天色的变化。

如果在玩家头顶上放置一个平面，再把云朵、太阳、星星、月亮等图片“贴”上去，就可以混合成类似下面的效果。

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这种技术称为**“天空面（SkyPlane）”**。

显然，这种方法是很容易露馅的。当玩家的视野足够远时，就会发现天空的“边缘”。

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稍微改进一下这个障眼法，可以试图让“天空面”始终遮挡在摄像机的前方，或者在远处用高山挡住玩家的视线，这样玩家就没有机会看到边缘。

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环境贴图

比天空面更精妙一些的障眼法，当属环境贴图：用一个立方体或球体把场景包裹起来，然后使用360°无死角的贴图，让场景中的玩家看不到边缘。

使用立方体环境贴图时，这种技术也被称为“天空盒（SkyBox）”。使用球体环境贴图时，则叫**“天空穹（SkyDome）”**。

这种障眼法的破绽依然很明显。第一，环境贴图是静止的，这于我们的常识不符；其二，一切看起来都是扁平的，而云应该有体积。

对于第一个破绽，可以使用多层环境贴图。保持背景图层静止，再设法让云层、太阳、月亮运动起来。在夜晚，可以让整个星空贴图缓慢转动，用来模拟时间流逝。

对于第二个破绽，有很多方法可以让云/雾看起来更加真实。可以为云层增加法线贴图，可以用粒子特效，可以用3D云模型，也可以利用特殊的着色器。

JME3制作天空的方式

上面介绍了天空的多种制作方法，并不局限于某种引擎，是3D游戏中通用的手段。这些方法在jME3中都可以实现。

调节画面背景色是最简单的办法，调用 viewPort.setBackgroundColor(new ColorRGBA(0.6f, 0.7f, 0.9f, 1)); 即可。天空面（SkyPlane）也很容易，用一个纸片加载贴图即可。

jME3提供了 com.jme3.util.SkyFactory 类，使开发者可以对环境贴图提供了完整的支持。你可以通过SkyFactory来加载环境贴图，生成天空盒或天空穹。

至于动态云层，无非是在场景中添加多个Spatial，或者使用特殊的着色器来控制云层和光照。诸如体积云、体积光、光晕、彩虹等画面效果，实则是通过着色器完成的，与jME3无关。如果你希望实现这方面的效果，需要另外学习着色器编程。

SkyFactory

在jME3中，SkyFactory是使用最频繁的天空工具类。它支持三种不同的环境贴图：

  • 球体贴图（Sphere Map）
  • 立方体贴图（Cube Map）
  • 等距矩形贴图（Equirectangle Map）

对于这三种不同类型的环境贴图，SkyFactory 使用枚举类型 SkyFactory.EnvMapType 来表示

public enum EnvMapType{
    CubeMap,
    SphereMap,
    EquirectMap
}

举个例子，假设要使用立方体贴图来创建天空盒，用法是这样的：

@Override
public void simpleInitApp() {
    Spatial sky = SkyFactory.createSky(assetManager,
            "Textures/Sky/Bright/BrightSky.dds", // 贴图路径
            SkyFactory.EnvMapType.CubeMap);// 贴图类型
    rootNode.attachChild(sky);
}

调用 createSky() 方法时，SkyFactory 会完成下列工作

  • 根据纹理贴图的路径，使用 assetManager 去加载纹理；
  • 根据 EvnMapType ，加载对应类型的材质，使着色器可以正确渲染环境贴图。
  • 生成网格和几何体，返回一个 Spatial 对象。

这个Spatial就是我们所需的天空盒，把它添加到场景图中就可以看到天空。在SkyFactory的内部，它还调用了下列方法：

  • sky.setQueueBucket(Bucket.Sky); 设置天空盒的渲染顺序，确保它比场景中的所有物体都先绘制，这样它就会出现在画面的最底层。
  • sky.setCullHint(Spatial.CullHint.Never); 确保天空盒在渲染时不会被剔除。天空盒本身也是场景图中的一个模型。对于一般的3D物体来说，如果没有出现在摄像机的视锥中，就不会被绘制到画面上。但是对于天空而言，它应该始终都存在于画面中。
  • SkyFactory 内部使用的是 Common/MatDefs/Misc/Sky.j3md 材质。它是专门用于天空的着色器，可以对3种不同环境贴图进行渲染。

SkyFactory中提供了多个重载的 createSky() 方法，其中之一是使用加载好的 Texture 来代替图片路径。

createSky(AssetManager, Texture, EnvMapType);

有时我们在程序中加载未知来源的环境贴图，可能会出现上下颠倒、左右颠倒等情况。为此，SkyFactory中提供了createSky的重载方法，可以使用一个 Vector3f 变量来对 X/Y/Z轴进行翻转。

如何制作环境贴图呢？

  • 环境贴图应该使用专业工具来制作，比如Terragen、Bycle等3D景观生成器，或者Blender、3DS Max等3D建模工具。
  • 环境贴图的尺寸不是很重要，因为实际在游戏中，天空会被渲染到无穷远处。贴图的分辨率越高，天空看起来越清晰，游戏运行越慢。
  • 实际在开发中，可以使用Node来容纳多个不同的天空图层，用来制作更加复杂的效果。

SphereMap

球体映射（Sphere Mapping 是基于这样一个事实：将一个理想高反射的球体置于场景中央，从一个角度无穷远处拍摄此球体，将得到一张全景图。例如：

圣彼得大教堂

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平原

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通常在场景建模中，朝向z轴正方向，利用正交投影模拟无穷远处进行渲染，就可以得到这个纹理图。

public void simpleInitApp() {
    // 天球，圣彼得大教堂
    Texture texture = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/St Peters/StPeters.hdr");

    Spatial sky = SkyFactory.createSky(assetManager, texture,
            new Vector3f(1, -1, 1), // 图片上下颠倒，故改变Y方向的法线
            SkyFactory.EnvMapType.SphereMap);

    rootNode.attachChild(sky);
}

效果

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SphereMap出现的时间比较早，它有一个很大的破绽，就在摄像机的背后。对于那些制作得不够精细的贴图，边缘汇聚在一起的痕迹会非常重。

CubeMap

立方体贴图的做法比较简单：把摄像机置于场景中央，朝着x，-x，y，-y，z，-z方向将场景渲染出6张纹理。然后用6张纹理组成一个立方体的6个面。这样一个真正的全景图组成了。

image.png

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于那些制作得不够好的CubeMap，破绽在于面与面的接缝处。这6个面的排列顺序是一个很有趣的问题，在OpenGL和Dirext3D中，加载同样的天空盒会出现上下颠倒的情况。你可以从这篇文章了解更多内容：OpenGL和D3D中Cubemap的图象方向问题

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实际加载CubeMap时，有两种截然不同的方式。不过这两种方式只是图片格式不同，效果并没有什么区别。

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Texture * 6: 比较常见的情况是，CubeMap并不是一张贴图，而是由6张贴图组成。有时甚至只有5个面，因为可能不需要底部的贴图。

public void simpleInitApp() {
    Texture west = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_west.jpg");
    Texture east = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_east.jpg");
    Texture north = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_north.jpg");
    Texture south = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_south.jpg");
    Texture up = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_up.jpg");
    Texture down = assetManager.loadTexture("Textures/Sky/Lagoon/lagoon_down.jpg");

    Spatial sky = SkyFactory.createSky(assetManager, west, east, north, south, up, down);
    rootNode.attachChild(sky);
}

TextureCubeMap: 另一种情况是使用特殊格式，在一个文件里同时保存了6个图层，用一个贴图文件来代表整个立方体贴图，常见于微软的dds格式。

public void simpleInitApp() {
    TextureKey key = new TextureKey("Textures/Sky/Bright/BrightSky.dds", true);
    key.setGenerateMips(false);
    key.setTextureTypeHint(Texture.Type.CubeMap);
    Texture tex = assetManager.loadTexture(key);

    // 天空盒
    Spatial sky = SkyFactory.createSky(assetManager, tex, SkyFactory.EnvMapType.CubeMap);
    rootNode.attachChild(sky);
}

EquirectMap

等距矩形投影（Equirectangle Projection），又称球面投影、方格投影、等距柱状投影等。假想球面与圆筒面相切于赤道，赤道为没有变形的线。经纬线网格，同一般正轴圆柱投影，经纬线投影成两组相互垂直的平行直线。

其特性是：保持经距和纬距相等，经纬线成正方形网格；沿经线方向无长度变形；角度和面积等变形线与纬线平行，变形值由赤道向高纬逐渐增大。该投影适合于低纬地区制图 。

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实际应用中，最常见的就是地图。

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还有全景实景展示：

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public void simpleInitApp() {
    // 天空盒
    Spatial sky = SkyFactory.createSky(assetManager, "Textures/Sky/SkyEquirectMap.jpg", SkyFactory.EnvMapType.EquirectMap);
}

效果：

image.png

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这种贴图的破绽在于头顶和脚底，即纬度最高处。那些制作得不够精细的贴图，在这两个点会有明显的“汇聚感”。

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