Scene)

概要

モデルを「頂点配列、マテリアル、テクスチャ、ノードツリー」の集合として 全て const データ で表し、 putScene() で描くための仕組みです。glTF から bin/gltf2cpp で生成するのが主な用途ですが (gltf2cpp: glTF モデルを C++ コードに変換する)、手書きすることもできます。

ヒープを使いません。全ての参照は静的記憶域のオブジェクトを指すので、寿命や所有権の問題が生じません。
ノードごとの変換はツリーに埋め込まれていますが、NodeVisitor で描画時に差し替えたり、部分木を飛ばしたりできます。

構造体

struct Mesh {
  const Primitive *primitives;   // 各プリミティブは自身のマテリアルを持つ
  uint16_t primitiveCount;
};

struct Node {
  const char *name;              // nullptr でもよい
  mat4f transform;               // 親からのローカル変換
  const Mesh *mesh;              // nullptr でもよい
  const Node *const *children;   // childCount == 0 なら nullptr でもよい
  uint16_t childCount;
};

struct Scene {
  const Node *const *roots;
  uint16_t rootCount;
};

// 手書きの例: 2 つの子を持つルート
static const g3::Node wheelL = {"WheelL", g3::mat4f::translation(-1, 0, 0), &wheelMesh, nullptr, 0};
static const g3::Node wheelR = {"WheelR", g3::mat4f::translation(1, 0, 0), &wheelMesh, nullptr, 0};
static const g3::Node *const carChildren[] = {&wheelL, &wheelR};
static const g3::Node car = {"Car", g3::mat4f::identity(), &bodyMesh, carChildren, 2};
static const g3::Node *const roots[] = {&car};
static const g3::Scene scene = {roots, 1};

mat4f は集成体なので {{16 個の float}} (列優先) でも初期化できます。gltf2cpp はこの形式で出力します。

描画関数

メンバー	説明
`void putMesh(const Mesh &)`	全プリミティブをそれぞれのマテリアルで描く
`void putNode(const Node &, NodeVisitor *visitor = nullptr)`	`pushState()` → (visitor) → `transform(node.transform)` → メッシュ → 子を再帰 → `popState()`
`void putScene(const Scene &, NodeVisitor *visitor = nullptr)`	全ルートに `putNode()`

状態スタック (16 段) が満杯のときは、そのノード以下を飛ばして Stats::nodesDropped に数えます。深すぎるツリーや壊れたデータが行列スタックを壊すことはありません。

NodeVisitor

class NodeVisitor {
 public:
  virtual ~NodeVisitor() = default;
  // node を描く直前に呼ばれる。local はノードのローカル変換のコピーで、書き換えると
  // このフレームの描画に反映される。false を返すとノードとその子孫を描かない。
  virtual bool onNode(const Node &node, mat4f &local);
};

ノードの名前で部品を見つけ、回転させたり隠したりする例:

class Animator : public g3::NodeVisitor {
 public:
  float angle = 0;
  bool showWheels = true;
  bool onNode(const g3::Node &node, g3::mat4f &local) override {
    if (!node.name) return true;
    if (std::strcmp(node.name, "Blades") == 0) {
      local = local * g3::mat4f::rotation(angle, {0, 0, 1});  // ローカル軸で回す
    } else if (!showWheels && std::strncmp(node.name, "Wheel", 5) == 0) {
      return false;
    }
    return true;
  }
};

Animator anim;
anim.angle = t * 2.0f;
g3d.putScene(windmill::scene, &anim);

生成されたヘッダには名前付きのノード定数 (windmill::node_Blades など) も含まれるので、部分木だけを別の場所に描く (g3d.putNode(windmill::node_Blades)) こともできます。

メモリ安全性について

静的シーンのデータは shared_ptr のような所有権管理を使いません。安全性は次の 3 点で担保しています。

全ての参照先が静的記憶域にある (解放されない)。
配列は必ず個数と対で表され、走査はその範囲を超えない。
putPrimitive() が添字を頂点数で検査し、範囲外の三角形を破棄する (Stats::badIndices)。

gltf2cpp は生成時にも添字範囲、頂点数の上限 (65535)、テクスチャサイズを検証します。