GAMES104 笔记

GAMES104 课程简介 #

Pilot Engine

本课程将介绍现代游戏引擎所涉及的系统架构，技术点，引擎系统相关的知识。通过该课程，你能够对游戏引擎建立起一个全面且完整的了解。如果你动手能力足够强，你将能够跟随课程，从 0 到 1 搭建起一个完整的迷你游戏引擎。如本课程适合相关专业领域的学生、研究者，以及所有对游戏引擎设计和开发感兴趣的人。

课程网址：https://games104.boomingtech.com/

作业 #

PA01:Build and Run Pilot Engine #

作业说明 PDF

作业说明：

Build and run Pilot ✔️

笔者安装 Visual Studio 2022，安装选项附带了 CMake，所以为了在命令行使用 CMake，添加用户环境变量：X:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\Common7\IDE\CommonExtensions\Microsoft\CMake\CMake\bin

Execute the build_windows.bat, and then open Pilot.sln with Visual Studio

错误提示：

fatal: unsafe repository ('D:/project/Pilot' is owned by someone else)
To add an exception for this directory, call:

    git config --global --add safe.directory D:/project/Pilot

这个问题似乎与 https://github.blog/2022-04-12-git-security-vulnerability-announced/ 相关。暂时不理会。

PA02:Rendering #

作业说明 PDF

作业说明：

在 Pilot 小引擎代码中找到 pilot/engine/shader/glsl/color_grading.frag，补充此 shader 代码中的 main 函数，以实现 ColorGrading 功能。若代码编译成功且实现方法正确，则可以看到进行 ColorGrading 渲染之后的结果。 ✔️
使用自定义的 LUT 图，并修改相应代码，实现具有个性的 ColorGrading 的效果。 ✔️
（提高项，可选）添加一个新的 Pass 实现某个自己感兴趣的后处理效果 ❌
- 调整 PMainCameraPass::setupRenderPass 添加一个新的 Vulkan Subpass。
- 调整 PVulkanManager::initializeDescriptorPool 增加相关 Descriptor 的数量。【这里用了 Magic Number，不清楚如何统计，可能和 Vulkan 相关】

LUT 贴图路径：engine\asset\texture\lut，默认配置为

"color_grading_map": "asset/texture/lut/color_grading_lut_01.png"

配置文件在 engine\asset\global\rendering.global.json。

LUT Table Texture Generator

Python script for generating neutral LUT tables of different sizes. It supports both Unreal Engine style LUT (top down) and the Unity style LUT (bottom up).

Based on a GitHub gist by Koki Ibukuro.

Samples

Size Unreal Engine Unity

256x16

1024x32

Pilot 使用 Unreal Engine 的格式。

修改 engine\shader\glsl\color_grading.frag，参考 V1tozzZ 的实现：GAMES104 作业 2 基础部分

#version 310 es

#extension GL_GOOGLE_include_directive : enable

#include "constants.h"

layout(input_attachment_index = 0, set = 0, binding = 0) uniform highp subpassInput in_color;

layout(set = 0, binding = 1) uniform sampler2D color_grading_lut_texture_sampler;

layout(location = 0) out highp vec4 out_color;

void main()
{
    // 这里的 LUT 贴图为单行排列
    highp ivec2 lut_tex_size = textureSize(color_grading_lut_texture_sampler, 0);
    // 纵向值，同时表示格子的数量，一般取值 16，32，64
    highp float _COLORS      = float(lut_tex_size.y);
    // 横向值，为纵向值的平方
    highp float xsize        = float(lut_tex_size.x);

    // rgba 的取值范围: 0 ~ 1.0
    highp vec4 color       = subpassLoad(in_color).rgba;

    // 先得到 rgb 在 lut 颜色数量上的映射（可以理解为在单个格子里的偏移量）
    highp float bluemapped          = (_COLORS-1.0)*color.b;
    highp float redmapped           = (_COLORS-1.0)*color.r;
    highp float greenmapped         = (_COLORS-1.0)*color.g;

    // 用蓝色确定从左至右第几个颜色格子，加上红色确定格子上x坐标 取得u坐标
    // 映射后的蓝色可能是小数 那么就取小数前后两个格子
    highp float rbmapped1 = redmapped + floor(bluemapped)*_COLORS;
    highp float rbmapped2 = redmapped + ceil(bluemapped)*_COLORS;
    highp float u1 = rbmapped1/xsize;
    highp float u2 = rbmapped2/xsize;

    // 用绿色取v坐标
    highp float v = greenmapped/_COLORS;
    highp vec2 uv1 = vec2(u1,v);
    highp vec2 uv2 = vec2(u2,v);
    highp vec3 mappedcolor1  =   texture(color_grading_lut_texture_sampler, uv1).xyz;
    highp vec3 mappedcolor2  =   texture(color_grading_lut_texture_sampler, uv2).xyz;

    //混合两个格子的颜色 fract(bluemapped)表示用小数部分决定两个格子占比权重
    highp vec3 mixedcolor   =   mix(mappedcolor1,mappedcolor2,fract(bluemapped));

    out_color = vec4(mixedcolor,color.a);

}

Pilot 引擎技术点 #

反射 #

Pilot 引擎使用静态反射框架，用户通过 定义数据结构 与提供对应的 配置文件，框架利用元编程技术生成读取接口。

可以在 engine\source\_generated\serializer\all_serializer.ipp 看到序列化/反序列化代码，由 engine\source\precompile\precompile.cmake 定义的预编译流程生成。

#include "D:/project/Pilot/engine/source/_generated/serializer/global_rendering.serializer.gen.h"
namespace Pilot{
    // ...
    template<>
    PJson PSerializer::write(const GlobalRenderingRes& instance){
        PJson::object  ret_context;
        ret_context.insert_or_assign("skybox_irradiance_map", PSerializer::write(instance.m_skybox_irradiance_map));
        ret_context.insert_or_assign("skybox_specular_map", PSerializer::write(instance.m_skybox_specular_map));
        ret_context.insert_or_assign("brdf_map", PSerializer::write(instance.m_brdf_map));
        ret_context.insert_or_assign("color_grading_map", PSerializer::write(instance.m_color_grading_map));
        ret_context.insert_or_assign("sky_color", PSerializer::write(instance.m_sky_color));
        ret_context.insert_or_assign("ambient_light", PSerializer::write(instance.m_ambient_light));
        ret_context.insert_or_assign("camera_config", PSerializer::write(instance.m_camera_config));
        ret_context.insert_or_assign("directional_light", PSerializer::write(instance.m_directional_light));
        return  PJson(ret_context);
    }
    template<>
    GlobalRenderingRes& PSerializer::read(const PJson& json_context, GlobalRenderingRes& instance){
        assert(json_context.is_object());
        if(!json_context["skybox_irradiance_map"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["skybox_irradiance_map"], instance.m_skybox_irradiance_map);
        }
        if(!json_context["skybox_specular_map"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["skybox_specular_map"], instance.m_skybox_specular_map);
        }
        if(!json_context["brdf_map"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["brdf_map"], instance.m_brdf_map);
        }
        if(!json_context["color_grading_map"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["color_grading_map"], instance.m_color_grading_map);
        }
        if(!json_context["sky_color"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["sky_color"], instance.m_sky_color);
        }
        if(!json_context["ambient_light"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["ambient_light"], instance.m_ambient_light);
        }
        if(!json_context["camera_config"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["camera_config"], instance.m_camera_config);
        }
        if(!json_context["directional_light"].is_null()){
        PSerializer::read(json_context["directional_light"], instance.m_directional_light);
        }
        return instance;
    }
}

Size	Unreal Engine	Unity
256x16
1024x32