Классы Bone и Sceleton, доработка Node и Model

include/Model.h

@@ -1,6 +1,8 @@
 #ifndef MODEL_H
 #define MODEL_H
 
+#define MAX_BONES 100
+
 #include "Buffers.h"
 #include "Texture.h"
 #include "Shader.h"
@@ -27,6 +29,7 @@ class Node
         void setParent(Node * parent); // Устанавливает родителя для узла
 
         virtual const glm::mat4& getTransformMatrix(); // Возвращает матрицу трансформации модели
+        virtual const glm::mat4& getIsolatedTransformMatrix(); // Возвращает матрицу трансформации модели без учета родительских
         bool isChanged(); // Возвращает необходимость пересчета матрицы трансформации
 
         const glm::vec3& c_position() const; // Константный доступ к позиции
@@ -78,6 +81,23 @@ struct ID
     GLuint etc = 0; // Дополнительная информация
 };
 
+// Кость скелета
+class Bone 
+{
+    public: 
+        Bone(Node* node = NULL, const glm::mat4& inverseBindMatrix = glm::mat4(1)); // Конструктор с параметрами по умолчанию
+        Node* node; // Узел, выступающий костью
+        glm::mat4 inverseBindMatrix; // Матрица обратного связывания
+};
+
+// Скелет
+class Skeleton
+{
+    public:
+        std::vector<Bone*> bones; // Вектор указателей на кости (хранятся в сцене)
+        void upload(UBO *bones_buffer); // Формирует массив матриц и загружает его в буфер
+};
+
 // Класс модели
 class Model : public Node
 {
@@ -88,7 +108,7 @@ class Model : public Node
         virtual ~Model();
 
         void render(); // Вызов отрисовки без uniform-данных
-        void render(ShaderProgram &shaderProgram, UBO &material_buffer); // Вызов отрисовки
+        void render(ShaderProgram &shaderProgram, UBO &material_buffer, UBO *bones_buffer = NULL); // Вызов отрисовки
 
         void load_verteces(glm::vec3* verteces, GLuint count); // Загрузка вершин в буфер
         void load_indices(GLuint* indices, GLuint count); // Загрузка индексов в буфер
@@ -96,6 +116,7 @@ class Model : public Node
         void load_normals(glm::vec3* normals, GLuint count); // Загрузка нормалей в буфер
         void load_tangent(glm::vec3* tangent, GLuint count); // Загрузка касательных векторов в буфер
         void load_bitangent(glm::vec3* bitangent, GLuint count); // Загрузка бикасательных векторов в буфер
+        void load_bonesData(glm::ivec4* ids, glm::vec4 *weights, GLuint count); // Загрузка индексов и весов костей
         void set_index_range(size_t first_byteOffset, size_t count, size_t type = GL_UNSIGNED_INT); // Ограничение диапазона из буфера индексов
         void set_texture(Texture& texture); // Привязка текстуры к модели
         void setBO(int attribute, BO & bo); // Замена вершинного буфера по номеру его привязки
@@ -103,12 +124,15 @@ class Model : public Node
        
         Material material; // Материал модели
 
+        Skeleton* skeleton; // Указатель на скелет
+
         ID id; // ID модели
     private:
         VAO vao;
         BO vertex_vbo, index_vbo; // вершинный и индексный буферы
         BO normals_vbo, texCoords_vbo; // буферы с нормалями и текстурными координатами
         BO tangent_vbo, bitangent_vbo; // буферы с касательными и бикасательными векторами
+        BO bonesIds_vbo, bonesWeights_vbo; // буферы с индексами и весами костей
         GLuint verteces_count; // Количество вершин
         size_t first_index_byteOffset, indices_count, indices_datatype; // Сдвиг в байтах для первого, количество индексов и тип данных индексов
         Texture texture_albedo; // Текстура альбедо (цвет поверхности)

src/Model.cpp

@@ -24,7 +24,7 @@ parent(copy.parent), changed(copy.changed), parent_changed(copy.parent_changed),
         parent->children.push_back(this);
     // Если у оригинала не было изменений - перепишем матрицу трансформации
     if (!changed)
-        transform = copy.transform;
+            transform = copy.transform;
     // Если у родителя не было изменений для оригинала - перепишем результирующую матрицу трансформации
     if (!parent_changed)
         result_transform = copy.result_transform;
@@ -95,6 +95,15 @@ const glm::mat4& Node::getTransformMatrix()
     return result_transform;
 }
 
+// Возвращает матрицу трансформации модели без учета родительских
+const glm::mat4& Node::getIsolatedTransformMatrix()
+{
+    // Если требуется - пересчитаем матрицу
+    recalcMatrices();
+        
+    return transform;
+}
+
 // Пересчет матрицы трансформации модели, если это требуется
 void Node::recalcMatrices() 
 {
@@ -204,7 +213,8 @@ Node& Node::operator=(const Node& other)
 // Конструктор по умолчанию
 Model::Model(Node *parent) : Node(parent), verteces_count(0), first_index_byteOffset(0), indices_count(0), indices_datatype(GL_UNSIGNED_INT), 
 vertex_vbo(VERTEX), index_vbo(ELEMENT), normals_vbo(VERTEX), texCoords_vbo(VERTEX),
-tangent_vbo(VERTEX), bitangent_vbo(VERTEX)
+tangent_vbo(VERTEX), bitangent_vbo(VERTEX), bonesIds_vbo(VERTEX), bonesWeights_vbo(VERTEX),
+skeleton(NULL)
 {
     // Приведение указателя к целому 8байт
     id.value = (GLuint64) this;
@@ -217,9 +227,11 @@ vao(copy.vao),
 verteces_count(copy.verteces_count), first_index_byteOffset(copy.first_index_byteOffset), indices_count(copy.indices_count), indices_datatype(copy.indices_datatype),  
 vertex_vbo(copy.vertex_vbo), index_vbo(copy.index_vbo), normals_vbo(copy.normals_vbo), texCoords_vbo(copy.texCoords_vbo),
 tangent_vbo(copy.tangent_vbo), bitangent_vbo(copy.bitangent_vbo),
+bonesIds_vbo(copy.bonesIds_vbo), bonesWeights_vbo(copy.bonesWeights_vbo),
 texture_albedo(copy.texture_albedo), texture_roughness(copy.texture_roughness), texture_metallic(copy.texture_metallic), texture_specular(copy.texture_specular), texture_emitted(copy.texture_emitted),
 texture_heights(copy.texture_heights), texture_normals(copy.texture_normals),
-material(copy.material)
+material(copy.material),
+skeleton(copy.skeleton)
 {
     // Приведение указателя к целому 8байт
     id.value = (GLuint64) this;
@@ -243,6 +255,9 @@ Model& Model::operator=(const Model& other)
     tangent_vbo = other.tangent_vbo;
     bitangent_vbo = other.bitangent_vbo;
     
+    bonesIds_vbo = other.bonesIds_vbo;
+    bonesWeights_vbo = other.bonesWeights_vbo;
+
     texture_albedo = other.texture_albedo; 
     texture_roughness = other.texture_roughness; 
     texture_metallic = other.texture_metallic; 
@@ -254,6 +269,8 @@ Model& Model::operator=(const Model& other)
     
     material = other.material;
 
+    skeleton = other.skeleton;
+
     return *this;
 }
 
@@ -279,13 +296,25 @@ void Model::render()
 }
 
 // Вызов отрисовки
-void Model::render(ShaderProgram &shaderProgram, UBO &material_buffer) 
+void Model::render(ShaderProgram &shaderProgram, UBO &material_buffer, UBO *bones_buffer) 
 {
     // Загрузка идентификатора объекта
     glUniform3uiv(shaderProgram.getUniformLoc("ID"), 1, (GLuint*) &id);
 
-    // Расчитаем матрицу трансформации
+    // Если есть указатель на скелет и используемый буфер для матриц трансформации
-    glUniformMatrix4fv(shaderProgram.getUniformLoc("model"), 1, GL_FALSE, &this->getTransformMatrix()[0][0]);
+    if (skeleton && bones_buffer)
+    {
+        // Флаг того, что есть скелет и буфер костей используется
+    glUniform1i(shaderProgram.getUniformLoc("hasBones"), 1); 
+        glUniformMatrix4fv(shaderProgram.getUniformLoc("model"), 1, GL_FALSE, &this->getIsolatedTransformMatrix()[0][0]);
+        skeleton->upload(bones_buffer); // Загрузим матрицы трансформации скелета
+    }
+    else
+    {
+        // Флаг того, что буфер костей НЕ используется
+        glUniform1i(shaderProgram.getUniformLoc("hasBones"), 0); 
+        glUniformMatrix4fv(shaderProgram.getUniformLoc("model"), 1, GL_FALSE, &this->getTransformMatrix()[0][0]);
+    }
 
     // Подключаем текстуры
     texture_albedo.use();
@@ -400,6 +429,56 @@ void Model::load_normals(glm::vec3* normals, GLuint count)
     normals_attrib_config();
 }
 
+// Функция для конфигурации атрибута вершинного буфера
+void bonesIds_attrib_config()
+{
+    // Включаем необходимый атрибут у выбранного VAO
+    glEnableVertexAttribArray(2);
+    // Устанавливаем связь между VAO и привязанным VBO
+    glVertexAttribIPointer(  4                // индекс атрибута, должен совпадать с Layout шейдера
+                           , 4                // количество компонент одного элемента
+                           , GL_UNSIGNED_INT  // тип
+                           , 0                // шаг
+                           , (void *)0        // отступ с начала массива
+                          );
+} 
+
+// Функция для конфигурации атрибута вершинного буфера
+void bonesWeights_attrib_config()
+{
+    // Включаем необходимый атрибут у выбранного VAO
+    glEnableVertexAttribArray(2);
+    // Устанавливаем связь между VAO и привязанным VBO
+    glVertexAttribPointer(  5         // индекс атрибута, должен совпадать с Layout шейдера
+                          , 4         // количество компонент одного элемента
+                          , GL_FLOAT  // тип
+                          , GL_FALSE  // нормализованность значений
+                          , 0         // шаг
+                          , (void *)0 // отступ с начала массива
+                         );
+} 
+
+// Загрузка индексов и весов костей
+void Model::load_bonesData(glm::ivec4* ids, glm::vec4 *weights, GLuint count)
+{
+    if (count)
+    {
+        // Подключаем VAO
+        vao.use();
+
+        bonesIds_vbo.use();
+        // Загрузка данных в память буфера
+        bonesIds_vbo.load(ids, sizeof(glm::ivec4)*count);
+        bonesIds_attrib_config();
+        bonesIds_vbo.use();
+
+        // Загрузка данных в память буфера
+        bonesWeights_vbo.load(weights, sizeof(glm::vec4)*count);
+        bonesWeights_attrib_config();
+        bonesWeights_vbo.use();
+    }
+}
+
 // Ограничение диапазона из буфера индексов
 void Model::set_index_range(size_t first_byteOffset, size_t count, size_t type)
 {
@@ -519,6 +598,12 @@ void Model::setBO(int attribute, BO & bo)
         case 4:
             bitangent_vbo = bo;
             break;
+        case 5:
+            bonesIds_vbo = bo;
+            break;
+        case 6:
+            bonesWeights_vbo = bo;
+            break;
         default:
             throw std::runtime_error("Unknown attribute buffer");
     };
@@ -644,3 +729,31 @@ void calc_tb(const GLuint* indices, const int indices_count, const glm::vec3* ve
         bitangent[indices[i+2]] = tmp; // одинаковое
     }
 }
+
+// Конструктор с параметрами по умолчанию
+Bone::Bone(Node* pNode, const glm::mat4& invBindMatrix) : node(pNode), inverseBindMatrix(invBindMatrix)
+{
+
+}
+
+// Формирует массив матриц и загружает его на шейдер
+void Skeleton::upload(UBO *bones_buffer)
+{
+    glm::mat4 result[MAX_BONES]; // Массив итоговых матриц трансформации для костей
+
+    // Если требуется выполнить загрузку
+    if (bones_buffer)
+    {
+        // Цикл по костям
+        for (int i = 0; i < bones.size() && i < MAX_BONES; i++)
+        {
+            if (bones[i] && bones[i]->node)
+                result[i] = bones[i]->node->getTransformMatrix() * bones[i]->inverseBindMatrix;
+            else
+                result[i] = glm::mat4(1.0f);
+        }
+
+        // Отправка на шейдер
+        bones_buffer->loadSub(result, sizeof(glm::mat4)*bones.size());
+    }
+}