Pixel Bender 3D プレビュー 3 公開

2 種類の Pixel Bender カーネル

Pixel Bender のプログラムは "カーネル" と呼ばれます。カーネルは GLSL のようなシェーダ言語に近い言語で記述されます。

Pixel Bender 3D のカーネルは、最終的に、頂点シェーダと断片シェーダの AGAL バイトコードに変換されます。従って、シェーダの記述とコンパイル処理以外は、AGAL を利用した場合と同様に考えて大丈夫そうです。実際には、いくつか便利機能が提供されるため、Pixel Bender 3D の方がもうちょっと楽ができます。

さて、Pixel Bender 3D では、2 種類のカーネルを開発することになります。 （以下、正式な日本語訳が無いので名前は適当です）

• 頂点カーネル：
  頂点の位置情報を操作する。必要に応じて、後の処理のための情報も計算
  
• マテリアルカーネル：
  頂点および断片の見た目を操作する

頂点カーネルファイルの拡張子は .pbvk、マテリアルカーネルのファイルの拡張子は .pbmk とするのが一般的なようです。

3 種類の PB-ASM 中間プログラム

シェーダは、扱う対象が "頂点か断片か" で分けられていました。これに対して、Pixel Bender 3D カーネルは、扱う対象が "位置か見た目か" で分けられています。

数は同じ 2 つでも、これでは、カーネルをそのままコンパイルしてシェーダに、という訳には行きません。そのため、一旦中間プログラムを生成して、それをシェーダに変換する、という手順をとります。

生成される中間プログラムは PB-ASM と呼ばれる言語で記述されています。そのため、PB-ASM プログラムとも呼ばれます。

2 種のカーネルから生成される PB-ASM プログラムは、以下の 3 種類です。マテリアルカーネルは 2 つの PB-ASM プログラムに分かれます。

• 頂点カーネルから生成
  • 頂点位置プログラム：頂点の位置を操作
• マテリアルカーネルから生成
  • 頂点マテリアルプログラム：頂点の見た目を操作
  • 断片マテリアルプログラム：断片の見た目を操作

カーネルから PB-ASM プログラムを生成するには pb3dutil というプログラムを使用します。このプログラムは Pixel Bender 3D のパッケージに含まれています。

以下は実際に変換を行う例です。pb3dutil をコマンドラインで実行します。

$ pb3dutil vertexKernel.pbvk vpProgram.pbasm
$ pb3dutil materialKernel.pbmk vmProgram.pbasm fmProgram.pbasm

最初の引数が入力ファイル名です。2 つ目以降の引数は出力される PB-ASM ファイル名です。PB-ASM ファイルの拡張子は .pbasm を使うのが一般的です。

マテリアルカーネルからの出力は、頂点マテリアルプログラム、断片マテリアルプログラムの順に指定します。

シェーダへの変換

PB-ASM プログラムを生成したら、残るは PB-ASM プログラムからシェーダへの変換です。

3 つの PB-ASM プログラムの内、頂点位置プログラムと頂点マテリアルプログラムの 2 つから頂点シェーダが生成されます。断片マテリアルプログラムからは、断片シェーダが生成されます。

• 頂点シェーダ ＝ 頂点位置プログラム ＋ 頂点マテリアルプログラム
• 断片シェーダ ＝ 断片マテリアルプログラム

PB-ASM プログラムからシェーダへの変換は、Pixel Bender 3D が提供するクラスを使い、ActionScript のプログラムとして実装します。一連の処理の記述に必要なクラスは pb3dlib.swc に定義されています。パスに pb3dlib.swc を追加したら次に進みましょう。

まずは、生成された 3 種類の PB-ASM プログラムを、SWF に埋め込みます。その際、以下のようにバイトデータとして埋め込みます。

[Embed(source="vpProgram.pbasm",mimeType="application/octet-stream")]
protected static const VertexPositionProgram:Class;
 
[Embed(source="vmProgram.pbasm",mimeType="application/octet-stream")]
protected static const VertexMaterialProgram:Class;
 
[Embed(source="fmProgram.pbasm",mimeType="application/octet-stream")]
protected static const FragmentMaterialProgram:Class;

次に、これらのバイトデータを PBASMProgram のインスタンスに変換します。

以下の処理を PB-ASM プログラム全てに対して行って、3 つの PBASMProgram インスタンスを生成します

import com.adobe.pixelBender3D.PBASMProgram;
 
var bytes:ByteArray = new VertexPositionProgram();
var vpProgram:PBASMProgram = 
  new PBASMProgram(bytes.readUTFBytes(bytes.bytesAvailable));

最後に、PBASMCompiler クラスを使って PBASMProgram からシェーダを生成します。

PBASMCompiler.compile() メソッドに、頂点位置プログラム、頂点マテリアルプログラム、断片マテリアルプログラムの順で引数を指定すると、頂点シェーダと断片シェーダのペアが生成されます。生成されるオブジェクトの型は AGALProgramPair です。

import com.adobe.pixelBender3D.AGALProgramPair;
import com.adobe.pixelBender3D.PBASMCompiler;
 
var translatedPrograms:AGALProgramPair = 
  PBASMCompiler.compile(vpProgram, vmProgram, fmProgram);

後は、AGAL 利用時と同様に、Stage3D の API で生成されたシェーダを GPU にアップロードするだけです。頂点シェーダと断片シェーダのバイトコードは以下のように指定します。

program3D = context3D.createProgram();
program3D.upload(translatedPrograms.vertexProgram.byteCode,
    translatedPrograms.fragmentProgram.byteCode);

頂点属性の指定

Stage3D では、頂点バッファ内の数値の並びを、頂点属性に割り当てるという作業が必要です。その際、シェーダ内に記述されたレジスタ番号と、ActionScript で指定する属性の番号を合わせる必要があったりして、なかなか面倒です。

AGAL の場合はこんな感じで、属性を 1 つずつ指定しました。

// 属性レジスタ0番に、頂点バッファverticesの0番目からfloat型4つを属性として設定
context3D.setVertexBufferAt(0,vertices,0,Context3DVertexBufferFormat.FLOAT_4);

Pixel Bender 3D の場合は、カーネルに書かれた情報を元に、属性とレジスタの対応を Pixel Bender 3D が管理します。また、その情報を Context3D に設定するクラスも提供されます。

そのため、上のようなレジスタ番号やバッファ内の構造を指定するコードを書く必要がありません。間違え易く、間違えが見つけにくいコーディングを省略できるのが嬉しいところです。

頂点シェーダ、断片シェーダ、それぞれのレジスタと頂点バッファの関連情報は AGALProgramPair のインスタンスから RegisterMap として取得できます。以下はそのサンプルです。

import com.adobe.pixelBender3D.RegisterMap;
 
var vertexRegisterMap:RegisterMap = 
  translatedPrograms.vertexProgram.registers;
var fragmentRegisterMap:RegisterMap= 
  translatedPrograms.fragmentProgram.registers;

このようにして取得した RegisterMap を使って VertexBufferHelper のインスタンスを初期化します。そして、VertexBufferHelper.setVertexBuffers() メソッドを呼ぶと、頂点属性の利用に必要な情報が Context3D に設定されます。

import com.adobe.pixelBender3D.utils.VertexBufferHelper;
 
var vertexBufferHelper:VertexBufferHelper = new VertexBufferHelper(
  context3D, vertexRegisterMap.inputVertexRegisters, vertices); 
vertexBufferHelper.setVertexBuffers();

以上が主要な Pixel Bender 3D 固有のクラスの使い方です。後は、頂点バッファとインデックスバッファをアップロードすれば、シェーダを実行できます。

Pixel Bender 3D カーネルの書き方は次回に続きます。