【Sceneform-EQR】实现3D场景背景颜色的定制化（背景融合的方式、Filament材质定制）

写在前面的话

Sceneform-EQR是基于（filament）扩展的一个用于安卓端的渲染引擎。故本文内容对Sceneform-EQR与Filament都适用。

需求场景

在使用Filament加载三维场景的过程中，一个3D场景对应加载一个背景纹理。而这样的话，即便有多个3D场景是同一个风格，但由于背景颜色不同，也需要UI设计师准备不同的背景切图。这不仅仅会造成资源的浪费，也会增大UI设计师的工作。

要解决的问题：在Filament引擎中采用一份背景切图实现不同3D场景的背景颜色的定制化。

具体步骤

1. 我们要基于Filament材质系统定制一个能够支持背景融合的材质文件。
   已知Filament提供了以下参数类型：
   

已知在Filament引擎中获取指定纹理的颜色值的方法如下：

• 从图片纹理“background”获取（u,v）位置的颜色值的方法。

t1(u,v) = texture(materialParams_background, getUV0())

• 从视频纹理“video”获取（u,v）位置的颜色值的方法。

t2(u,v) = texture(materialParams_video, getUV0())

• 获取颜色纹理的颜色值的方法。

t3(u,v) = blendColor

定制支持背景融合的材质文件:
（1）在已知部分中，我们采用t1(u,v) ，t2(u,v) ，t3(u,v)来表示三种不同类型纹理的获取纹理坐标为（u，v）的颜色值的方法，而在实际的需求中，我们为了实现复杂的视觉效果，往往会使用更多数量的纹理对象。为了简化后续表述，现统一采用T(u,v)代替t1(u,v) ，t2(u,v) ，t3(u,v)表示方法，来表示获取指定纹理对象的纹理坐标为（u,v）的颜色值。

（2）为了控制不同纹理的影响程度，我们引入了权重，从而实现我们通过调节xi的值就可以达到调节3D场景背景效果的目的。

说明：xi表示第i个纹理的权重值，n表示用于背景融合的纹理数量，wi 表示第i个纹理的在融合后的背景中的影响程度。

（3）结合获取纹理坐标为（u,v）的颜色值公式T(u,v)和权重公式，我们可以得到新颜色值的计算公式Y(u,v)如下：

说明：i表示纹理对象的索引，xi表示第i个纹理的权重值，n表示用于背景融合的纹理数量， 表示第i个纹理对象在UV坐标为（u,v）的位置获取到的颜色值。
通过上式，我们即可将n个纹理按指定权重进行颜色值的融合，从而得到最终生成的用于3D场景背景渲染的纹理上的坐标为(u,v)的点的颜色值。（见图2）

（4）最后，我们通过编译Filament得到的桌面工具“matc.exe”,使用它编译材质。最终
到可用于Filament引擎在Android平台下加载的材质文件（mat.filamat）。

2. 在Android平台下读取“matc.exe”工具编译所得的材质，在3D场景中实现基于此材质的背景渲染。
   （1）通过 Filament的VertexBuffer.Builder和IndexBuffer.Builder创建顶点和顶点索引，然后构建场景背景的Mesh对象。
   （2）基于“mat.filamat”构建Material对象，然后将其传入Mesh对象。
   （3）最后，我们可以通过Material对象的相关set方法，实时将材质参数传入Filament引擎，从而通过既定的片段着色器进行多种纹理的背景融合。

附图说明

1、通常的实现方式，添加遮罩View去实现背景的叠加显示。

图1.叠加遮罩View的实现方式
2、实现多个源纹理的坐标为(u,v)的点的颜色值的融合。
若将这两个源纹理均采用相同的权重进行融合，则融合的效果可参考下图。

图2.两个源纹理采用的权重

3、通过融合的方式生成新背景纹理的流程图如下：

图3.生成新纹理的流程