Основные концепции рендеринга 1.21.1

Изучите основные концепции рендеринга с использованием движка рендеринга Minecraft.

WARNING

Эта страница написана для версии 1.21.1. Документация для более старых версий может быть неполной.

WARNING

Although Minecraft is built using OpenGL, as of version 1.17+ you cannot use legacy OpenGL methods to render your own things. Instead, you must use the new BufferBuilder system, which formats rendering data and uploads it to OpenGL to draw.

Подводя итог, вам придется использовать систему рендеринга Minecraft или создать свою собственную, использующую GL.glDrawElements().

На этой странице будут рассмотрены основы рендеринга с использованием новой системы, а также ключевые термины и концепции.

Хотя большая часть рендеринга в Minecraft абстрагирована с помощью различных методов GuiGraphics, и вам, скорее всего, не придется касаться ничего из упомянутого здесь, все равно важно понимать основы того, как работает рендеринг.

Tesselator

Tesselator — это основной класс, используемый для рендеринга объектов в Minecraft. Это singleton, то есть в игре существует только один его экземпляр. Экземпляр можно получить с помощью Tesselator.getInstance().

BufferBuilder

BufferBuilder — это класс, используемый для форматирования и загрузки данных рендеринга в OpenGL. Он используется для создания буфера, который затем загружается в OpenGL для отрисовки.

Tesselator используется для создания BufferBuilder, который используется для форматирования и загрузки данных рендеринга в OpenGL.

Инициализация BufferBuilder

Прежде чем что-либо записать в BufferBuilder, его необходимо инициализировать. Это делается с помощью метода Tesselator#begin(...), который принимает VertexFormat и режим отрисовки и возвращает BufferBuilder.

Форматы вершин

VertexFormat определяет элементы, которые мы включаем в наш буфер данных, и описывает, как эти элементы должны передаваться в OpenGL.

Доступны следующие элементы VertexFormat:

Элемент	Формат
BLIT_SCREEN	{ position (3 floats: x, y and z), uv (2 floats), color (4 ubytes) }
POSITION_COLOR_TEXTURE_LIGHT_NORMAL	{ position, color, texture uv, texture light (2 shorts), texture normal (3 sbytes) }
POSITION_COLOR_TEXTURE_OVERLAY_LIGHT_NORMAL	{ position, color, texture uv, overlay (2 shorts), texture light, normal (3 sbytes) }
POSITION_TEXTURE_COLOR_LIGHT	{ position, texture uv, color, texture light }
POSITION	{ position }
POSITION_COLOR	{ position, color }
LINES	{ position, color, normal }
POSITION_COLOR_LIGHT	{ position, color, light }
POSITION_TEXTURE	{ position, uv }
POSITION_COLOR_TEXTURE	{ position, color, uv }
POSITION_TEXTURE_COLOR	{ position, uv, color }
POSITION_COLOR_TEXTURE_LIGHT	{ position, color, uv, light }
POSITION_TEXTURE_LIGHT_COLOR	{ position, uv, light, color }
POSITION_TEXTURE_COLOR_NORMAL	{ position, uv, color, normal }

Режимы рисования

Режим рисования определяет, как будут отображаться данные. Доступны следующие режимы рисования:

Режим рисования	Описание
Mode.LINES	Каждый элемент состоит из 2 вершин и представлен в виде одной линии.
Mode.LINE_STRIP	Для первого элемента требуется 2 вершины. Дополнительные элементы рисуются всего с одной новой вершиной, создавая непрерывную линию.
Mode.DEBUG_LINES	Аналогично Mode.LINES, но линия на экране всегда имеет ширину ровно в один пиксель.
Mode.DEBUG_LINE_STRIP	То же, что и Mode.LINE_STRIP, но линии всегда имеют ширину в один пиксель.
Mode.TRIANGLES	Каждый элемент состоит из 3 вершин, образующих треугольник.
Mode.TRIANGLE_STRIP	Начинается с 3 вершин первого треугольника. Каждая дополнительная вершина образует новый треугольник с двумя последними вершинами.
Mode.TRIANGLE_FAN	Начинается с 3 вершин первого треугольника. Каждая дополнительная вершина образует новый треугольник с первой вершиной и последней вершиной.
Mode.QUADS	Каждый элемент состоит из 4 вершин, образующих четырехугольник.

Запись в BufferBuilder

После инициализации BufferBuilder вы можете записывать в него данные.

BufferBuilder позволяет нам создавать наш буфер, вершина за вершиной. Чтобы добавить вершину, мы используем метод buffer.addVertex(matrix, float, float, float). Параметр matrix — это матрица преобразования, которую мы рассмотрим более подробно позже. Три параметра с плавающей точкой представляют собой координаты (x, y, z) положения вершины.

Этот метод возвращает конструктор вершин, который мы можем использовать для указания дополнительной информации о вершине. При добавлении этой информации крайне важно соблюдать порядок, определенный в нашем VertexFormat. Если мы этого не сделаем, OpenGL может неправильно интерпретировать наши данные. После того как мы закончим построение вершины, просто продолжайте добавлять новые вершины и данные в буфер, пока не закончите.

Также стоит понять концепцию отсечения (culling). Отсечение — это процесс удаления граней трехмерной фигуры, которые не видны с точки зрения наблюдателя. Если вершины грани указаны в неправильном порядке, грань может отображаться неправильно из-за отсечения.

Что такое матрица трансформации?

Матрица преобразования — это матрица размером 4x4, которая используется для преобразования вектора. В Minecraft матрица преобразования просто преобразует координаты, которые мы передаем, в вызов вершины. Преобразования позволяют масштабировать нашу модель, перемещать и вращать ее.

Иногда ее называют матрицей позиций или матрицей моделей.

Обычно его можно получить через класс PoseStack, который можно получить через объект GuiGraphics:

drawContext.getMatrices().peek().getPositionMatrix();

Рендеринг полосы треугольников

Проще объяснить, как писать в BufferBuilder, на практическом примере. Допустим, мы хотим что-то визуализировать, используя режим рисования Mode.TRIANGLE_STRIP и формат вершин POSITION_COLOR.

Мы собираемся нарисовать вершины в следующих точках HUD (по порядку):

(20, 20)
(5, 40)
(35, 40)
(20, 60)

Это должно дать нам прекрасный ромб — поскольку мы используем режим рисования TRIANGLE_STRIP, render выполнит следующие шаги:

Поскольку в этом примере мы рисуем на HUD, мы будем использовать событие HudRenderCallback:

HudRenderCallback.EVENT.register((drawContext, tickDeltaManager) -> {
	// Get the transformation matrix from the matrix stack, alongside the tessellator instance and a new buffer builder.
	Matrix4f transformationMatrix = drawContext.pose().last().pose();
	Tesselator tessellator = Tesselator.getInstance();

	// Begin a triangle strip buffer using the POSITION_COLOR vertex format.
	BufferBuilder buffer = tessellator.begin(VertexFormat.Mode.TRIANGLE_STRIP, DefaultVertexFormat.POSITION_COLOR);

	// Write our vertices, Z doesn't really matter since it's on the HUD.
	buffer.addVertex(transformationMatrix, 20, 20, 5).setColor(0xFF414141);
	buffer.addVertex(transformationMatrix, 5, 40, 5).setColor(0xFF000000);
	buffer.addVertex(transformationMatrix, 35, 40, 5).setColor(0xFF000000);
	buffer.addVertex(transformationMatrix, 20, 60, 5).setColor(0xFF414141);

	// We'll get to this bit in the next section.
	RenderSystem.setShader(GameRenderer::getPositionColorShader);
	RenderSystem.setShaderColor(1.0F, 1.0F, 1.0F, 1.0F);

	// Draw the buffer onto the screen.
	BufferUploader.drawWithShader(buffer.buildOrThrow());
});

В результате на HUD отображается следующее:

TIP

Попробуйте поиграться с цветами и положением вершин, чтобы посмотреть, что получится! Вы также можете попробовать использовать различные режимы рисования и форматы вершин.

PoseStack

Узнав, как писать в BufferBuilder, вы, возможно, зададитесь вопросом, как преобразовать свою модель или даже анимировать ее. Вот тут-то и появляется класс PoseStack.

Класс PoseStack имеет следующие методы:

• push() — помещает новую матрицу в стек.
• pop() - Pops the top matrix off the stack.
• pop() - Извлекает верхнюю матрицу из стека.
• translate(x, y, z) — переводит верхнюю матрицу в стеке.
• scale(x, y, z) — масштабирует верхнюю матрицу в стеке.

Вы также можете умножить верхнюю матрицу в стеке, используя кватернионы, о чем мы поговорим в следующем разделе.

Используя наш пример выше, мы можем масштабировать наш алмаз вверх и вниз, используя PoseStack и tickDelta, то есть время, прошедшее с момента последнего кадра.

WARNING

You must first push the matrix stack and then pop it after you're done with it. If you don't, you'll end up with a broken matrix stack, which will cause rendering issues.

Обязательно выдвиньте стек матриц, прежде чем получить матрицу преобразования!

PoseStack matrices = drawContext.pose();

// Store the total tick delta in a field, so we can use it later.
totalTickDelta += tickDeltaManager.getGameTimeDeltaPartialTick(true);

// Push a new matrix onto the stack.
matrices.pushPose();
// Scale the matrix by 0.5 to make the triangle smaller and larger over time.
float scaleAmount = Mth.sin(totalTickDelta / 10F) / 2F + 1.5F;

// Apply the scaling amount to the matrix.
// We don't need to scale the Z axis since it's on the HUD and 2D.
matrices.scale(scaleAmount, scaleAmount, 1F);

// ... write to the buffer.

// Pop our matrix from the stack.
matrices.popPose();

Кватернионы (вращающиеся вещи)

Кватернионы — это способ представления вращений в трехмерном пространстве. Они используются для поворота верхней матрицы в PoseStack с помощью метода mulPose(Quaternion, x, y, z).

Крайне маловероятно, что вам когда-либо понадобится использовать класс Quaternion напрямую, поскольку Minecraft предоставляет различные готовые экземпляры Quaternion в своем служебном классе RotationAxis.

Допустим, мы хотим повернуть наш алмаз вокруг оси z. Мы можем сделать это с помощью PoseStack и метода mulPose(Quaternion, x, y, z).

// Lerp between 0 and 360 degrees over time.
float rotationAmount = (float) (totalTickDelta / 50F % 360);
matrices.mulPose(Axis.ZP.rotation(rotationAmount));
// Shift entire diamond so that it rotates in its center.
matrices.translate(-20f, -40f, 0f);

Результатом этого является следующее: