前言

距离上一次认真写一点东西，又过了1年之久，深感自己拖延症愈加严重，每次定好的计划总是无法做到真正的执行，这期间也可以给自己找个借口，那就是工作很忙，但也有大部分原因是因为感觉自己经验尚浅，想着要后面会不会推翻当下的方案，后面就是不知道从哪开始记录了，最后就进入了焦虑 -> 躺平 -> 焦虑的恶性循环。

但定好的目标总是要开始的，所以这次我决定不制定过于久远的计划：实现一个基于Vulkan的渲染引擎。其实在此之前，我大约花了3-4个月的业余时间，使用OpenGL实现了一个版本的渲染器（下文有截图），但因OpenGL在安卓端使用时需要转换为OpenGLES的原因，暂时没有往下写。也因为Vulkan自带的平台无关性、多线程原生支持等特性，决定采用Vulkan也实现一个渲染框架，并将每一步实现都用博客记录并录制视频。

虽然该框架目前做的大部分工作属于渲染，但后期可能也会添加一些额外功能，比如复杂的编辑器、声音管理，又或者是基于该框架做一些小演示、小游戏等。所以我还是将此工程命名为AdiosyEngine。

我的主页：Learn_Vulkan02_渲染框架实现_开篇

该工程的源码管理地址：https://gitee.com/xingchen0085/adiosy_engine

另外，我计划将这一项目实现都录制视频记录下来，这是我的小破站地址：XINGCHEN0085，如果感兴趣可以关注一下。

功能概览

  • 支持Windows、Macos和Linux三个PC平台运行。

  • Vulkan基本图元渲染，包括：点、线、面和三维物体。

  • 物体点击选中。

  • 贴图和材质的渲染。

  • Phong光照模型，法线贴图、天空盒。

  • 简单阴影。

  • 场景图ECS系统、场景保存和加载。

  • obj和glTF模型导入。

  • 蒙皮动画。

  • 场景编辑器。

TODO list:

  • PBR、HDR、泛光和后处理等效果。
  • 添加是适配安卓平台。
  • …

以下几张程序运行截屏：

image-20240407170034961

截图 2024-03-06 01-38-10

截屏2023-11-24 03.14.21

该库实现了一个简单编辑器，由程序运行情况面板(“Application”)、场景节点布局(“Layout”)、场景节点属性(“Property”)和资源管理(“content”)四部分构成。

  1. 程序运行情况：记录键、鼠和其他事件，并提供一些性能指标显示，包括顶点数量、三角形数量、资源池占用等。

  2. 场景节点布局：也就是场景树，基础结构如下：

    image-20240409165421170

    • 上述节点中，Scene、Object和Mesh都属于Node类型，拥有自身的局部变换和子节点列表。每次更新一个Node的时候，都会更新这个节点的父节点。

    • Scene表示一个场景，也可以将附加上其他子Scene，可以拥有多个Object节点。

    • 每个Object表示一个物体，可以附加上其他子Object，可以拥有多个Mesh节点，Mesh节点可能来自模型导入或自定义顶点。但只能拥有一个Material节点。

    • 每个Mesh表示一个网格，可以拥有多个Skeleton节点，并且可以拥有1个Material Instance节点，如果这个Material Instance不存在，则默认使用Object的Material。

    • 每个Skeleton表示一个骨骼，可以拥有多个Animation节点。

    后续在ECS系统中详细设计和实现。

    1. 场景节点属性：第2步骤中的各节点详细属性，包括每个Object拥有的所有组件属性。
    2. 资源管理： 模型、贴图、材质、场景和配置文件等资源文件管理。

开发计划

  • 工程基本结构设计和搭建；

    • 导入Vulkan；
    • 第三方库导入: glfw和spdlog
    • 程序入口
    • GLFWWindow
    • ImGui
    • 事件通知

  • 使用Vulkan绘制二维图元；

    • Vulkan Render Context: VkInstance，VkSurface，VkDevice，VkQueue，VkSwapchain初始化；
    • Vulkan Render Pass: VkRenderPass，VkFramebuffer初始化；
    • Vulkan Reource: VkShaderModule，VkPipeline，VkBuffer，VkDesriptorSet，VkCommandBuffer初始化；
    • Render Loop设计；

  • 绘制三维物体；

    • 第三方库导入：glm
    • 立方体；
    • 其他：圆、球体、圆锥、圆柱和平面；

  • 围绕物体的相机；

    • AroundTarget Camera，根据按键和鼠标实现旋转。

  • 贴图绘制；

    • 第三方库导入：stb_image

  • 点击选中功能；

  • 简单编辑器；

  • ECS场景图；

    • 第三方库导入: entt

  • 材质；

  • Phong光照模型；

  • 反射贴图/天空盒；

  • 法线贴图；

  • 简单阴影实现；

  • obj和glTF导入实现；

    • 第三方库导入: tiny_obj_loader

  • 蒙皮动画；

  • 场景编辑器；

  • 场景保存和载入。

项目架构

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三层架构简述：

  • 平台层，提供不同平台的差异化实现，包括在Windows、Macos和Linux三个PC平台的实现；另外对图形API（OpenGL、Vulkan…），提供上层窗口系统和Gui支持。
  • 核心层，这一层包括一些公共工具、事件处理、配置和渲染、动画和场景管理几个模块。
  • 应用层，简单实现一个场景编辑器，还有使用的sample，sandbox等。

初始代码结构

.
├── CMakeLists.txt
├── Core
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── Private
│   └── Public
├── Editor
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── Private
│   └── Public
├── Platform
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── Private
│   └── Public
└── Sample
    ├── 00_SandBox
    └── CMakeLists.txt

参考

Redcamellia/ChernoHazel: Hazel Engine

Games104: Piccolo Engine