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Qt Quick 3D - 스텐실 윤곽선 확장 기능 예시

QtQuick3D 렌더링 확장 기능을 사용하여 스텐실 아웃라인을 구현하는 방법을 보여줍니다.

분홍색, 빨간색, 초록색의 원숭이 머리 모형 3개로, 분홍색 모형에는 파란색 스텐실 윤곽선이 그려져 있습니다.

이 예제는 QtQuick3D 렌더링 확장 기능을 사용하여 스텐실 윤곽선 기능을 지원하는 방법을 보여줍니다.

첫 번째 단계는 QML에 필요한 속성을 노출하는 새로운 Render Extension 항목을 생성하여 프론트엔드 항목을 구현하는 것입니다. 이 예제에서는 3개의 속성을 노출합니다. 윤곽선을 그릴 대상인 model 를 받는 target, 윤곽선에 사용할 material, 그리고 윤곽선 크기를 조정하는 scale 값입니다.

class OutlineRenderExtension : public QQuick3DRenderExtension
{
    Q_OBJECT
    Q_PROPERTY(QQuick3DObject * target READ target WRITE setTarget NOTIFY targetChanged)
    Q_PROPERTY(QQuick3DObject * outlineMaterial READ outlineMaterial WRITE setOutlineMaterial NOTIFY outlineMaterialChanged)
    Q_PROPERTY(float outlineScale READ outlineScale WRITE setOutlineScale NOTIFY outlineScaleChanged)
    QML_ELEMENT

public:
    OutlineRenderExtension() = default;
    ~OutlineRenderExtension() override;

    float outlineScale() const;
    void setOutlineScale(float newOutlineScale);

    QQuick3DObject *target() const;
    void setTarget(QQuick3DObject *newTarget);

    QQuick3DObject *outlineMaterial() const;
    void setOutlineMaterial(QQuick3DObject *newOutlineMaterial);

signals:
    void outlineColorChanged();
    void outlineScaleChanged();
    void targetChanged();
    void outlineMaterialChanged();

protected:
    QSSGRenderGraphObject *updateSpatialNode(QSSGRenderGraphObject *node) override;

private:
    enum Dirty : quint8
    {
        Target = 1 << 0,
        OutlineMaterial = 1 << 1,
        OutlineScale = 1 << 2
    };

    using DirtyT = std::underlying_type_t<Dirty>;

    void markDirty(Dirty v);

    QPointer<QQuick3DObject> m_target;
    QPointer<QQuick3DObject> m_outlineMaterial;
    float m_outlineScale = 1.05f;
    DirtyT m_dirtyFlag {};
};

두 번째 단계는 백엔드 Render Extension 클래스를 구현하는 것입니다. 이 클래스에는 QtQuick3D 에 의해 실행될 코드가 포함됩니다.

이 확장 기능에서는 after 를 내장된 컬러 패스로 렌더링할 것이며, 메인 렌더 패스의 일부로 렌더링하고자 하므로, QSSGRenderExtension::stage() 함수와 QSSGRenderExtension::mode() 함수에서 각각 PostColor 와 Main 를 반환할 것입니다.

class OutlineRenderer : public QSSGRenderExtension
{
public:
    OutlineRenderer() = default;

    bool prepareData(QSSGFrameData &data) override;
    void prepareRender(QSSGFrameData &data) override;
    void render(QSSGFrameData &data) override;
    void resetForFrame() override;
    RenderMode mode() const override { return RenderMode::Main; }
    RenderStage stage() const override { return RenderStage::PostColor; };

    QSSGPrepContextId stencilPrepContext { QSSGPrepContextId::Invalid };
    QSSGPrepContextId outlinePrepContext { QSSGPrepContextId::Invalid };
    QSSGPrepResultId stencilPrepResult { QSSGPrepResultId::Invalid };
    QSSGPrepResultId outlinePrepResult { QSSGPrepResultId::Invalid };
    QPointer<QQuick3DObject> model;
    QSSGNodeId modelId { QSSGNodeId::Invalid };
    QPointer<QQuick3DObject> material;
    QSSGResourceId outlineMaterialId {};
    float outlineScale = 1.05f;

    QSSGRenderablesId stencilRenderables;
    QSSGRenderablesId outlineRenderables;
};

다음으로 구현해야 할 함수는 QSSGRenderExtension::prepareData()입니다. 이 함수는 이 확장 기능이 렌더링에 사용할 데이터를 수집하고 설정해야 합니다. 렌더링할 내용이 없는 경우 이 함수는 false 를 반환해야 합니다.

bool OutlineRenderer::prepareData(QSSGFrameData &data)
{
    // Make sure we have a model and a material.
    if (!model || !material)
        return false;

    modelId = QQuick3DExtensionHelpers::getNodeId(*model);
    if (modelId == QSSGNodeId::Invalid)
        return false;

    outlineMaterialId = QQuick3DExtensionHelpers::getResourceId(*material);
    if (outlineMaterialId == QSSGResourceId::Invalid)
        return false;

    // This is the active camera for the scene (the camera used to render the QtQuick3D scene)
    QSSGCameraId camera = data.activeCamera();
    if (camera == QSSGCameraId::Invalid)
        return false;

    // We are going to render the same renderable(s) twice so we need to create two contexts.
    stencilPrepContext = QSSGRenderHelpers::prepareForRender(data, *this, camera, 0);
    outlinePrepContext = QSSGRenderHelpers::prepareForRender(data, *this, camera, 1);
    // Create the renderables for the target model. One for the original with stencil write, and one for the outline model.
    // Note that we 'Steal' the model here, that tells QtQuick3D that we'll take over the rendering of the model.
    stencilRenderables = QSSGRenderHelpers::createRenderables(data, stencilPrepContext, { modelId }, QSSGRenderHelpers::CreateFlag::Steal);
    outlineRenderables = QSSGRenderHelpers::createRenderables(data, outlinePrepContext, { modelId });

    // Now we can start setting the data for our models.
    // Here we set a material and a scale for the outline
    QSSGModelHelpers::setModelMaterials(data, outlineRenderables, modelId, { outlineMaterialId });
    QMatrix4x4 globalTransform = QSSGModelHelpers::getGlobalTransform(data, modelId);
    globalTransform.scale(outlineScale);
    QSSGModelHelpers::setGlobalTransform(data, outlineRenderables, modelId, globalTransform);

    // When all changes are done, we need to commit the changes.
    stencilPrepResult = QSSGRenderHelpers::commit(data, stencilPrepContext, stencilRenderables);
    outlinePrepResult = QSSGRenderHelpers::commit(data, outlinePrepContext, outlineRenderables);

    // If there's something to be rendered we return true.
    const bool dataReady = (stencilPrepResult != QSSGPrepResultId::Invalid && outlinePrepResult != QSSGPrepResultId::Invalid);

    return dataReady;
}

QSSGRenderExtension::prepareData()이 true 를 반환했다면, 다음으로 호출될 함수는 QSSGRenderExtension::prepareRender()입니다. 이 함수에서는 두 개의 렌더러블에 대한 pipeline state 를 설정하고, QSSGRenderHelpers::prepareRenderables()을 호출하여 QtQuick3D 가 렌더러블에 필요한 프리미티브 등을 준비하도록 지시합니다.

void OutlineRenderer::prepareRender(QSSGFrameData &data)
{
    Q_ASSERT(modelId != QSSGNodeId::Invalid);
    Q_ASSERT(stencilPrepResult != QSSGPrepResultId::Invalid && outlinePrepResult != QSSGPrepResultId::Invalid);

    const auto &ctx = data.contextInterface();

    if (const auto &rhiCtx = ctx->rhiContext()) {
        const QSSGRhiGraphicsPipelineState basePs = data.getPipelineState();
        QRhiRenderPassDescriptor *rpDesc = rhiCtx->mainRenderPassDescriptor();
        const int samples = rhiCtx->mainPassSampleCount();

        { // Original model - Write to the stencil buffer.
            QSSGRhiGraphicsPipelineState ps = basePs;
            ps.flags |= { QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::BlendEnabled,
                          QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::DepthWriteEnabled,
                          QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::UsesStencilRef,
                          QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::DepthTestEnabled };
            ps.stencilWriteMask = 0xff;
            ps.stencilRef = 1;
            ps.samples = samples;
            ps.cullMode = QRhiGraphicsPipeline::Back;

            ps.stencilOpFrontState = { QRhiGraphicsPipeline::Keep,
                                       QRhiGraphicsPipeline::Keep,
                                       QRhiGraphicsPipeline::Replace,
                                       QRhiGraphicsPipeline::Always };

            QSSGRenderHelpers::prepareRenderables(data, stencilPrepResult, rpDesc, ps);
        }

        { // Scaled version - Only draw outside the original.
            QSSGRhiGraphicsPipelineState ps = basePs;
            ps.flags |= { QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::BlendEnabled,
                          QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::UsesStencilRef,
                          QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::DepthTestEnabled };
            ps.flags.setFlag(QSSGRhiGraphicsPipelineState::Flag::DepthWriteEnabled, false);
            ps.stencilWriteMask = 0;
            ps.stencilRef = 1;
            ps.cullMode = QRhiGraphicsPipeline::Back;

            ps.stencilOpFrontState = { QRhiGraphicsPipeline::Keep,
                                       QRhiGraphicsPipeline::Keep,
                                       QRhiGraphicsPipeline::Replace,
                                       QRhiGraphicsPipeline::NotEqual };

            QSSGRenderHelpers::prepareRenderables(data, outlinePrepResult, rpDesc, ps);
        }
    }
}

엔진이 확장 기능을 위한 렌더링 호출을 기록할 준비가 되면 가상 함수 QSSGRenderExtension::render()를 호출합니다. 이 예제에서는 두 모델에 대해 QSSGRenderHelpers::renderRenderables()를 간단히 호출하면 되며, 그러면 QtQuick3D 가 내부적으로 수행했을 것과 똑같은 방식으로 렌더링되지만, 이번에는 우리의 설정이 적용됩니다.

void OutlineRenderer::render(QSSGFrameData &data)
{
    Q_ASSERT(stencilPrepResult != QSSGPrepResultId::Invalid);

    const auto &ctx = data.contextInterface();
    if (const auto &rhiCtx = ctx->rhiContext()) {
        QRhiCommandBuffer *cb = rhiCtx->commandBuffer();
        cb->debugMarkBegin(QByteArrayLiteral("Stencil outline pass"));
        QSSGRenderHelpers::renderRenderables(data, stencilPrepResult);
        QSSGRenderHelpers::renderRenderables(data, outlinePrepResult);
        cb->debugMarkEnd();
    }
}

OutlineRenderExtension 는 View3D's 의 extensions 속성에 추가함으로써 활성화됩니다.

View3D {
    id: view3d
    anchors.topMargin: 100
    anchors.fill: parent
    extensions: [ OutlineRenderExtension {
            id: outlineRenderer
            outlineMaterial: outlineMaterial
        }
    ]

이제 model 가 선택되면, OutlineRenderExtension 가 윤곽선과 함께 렌더링되도록 선택된 model 를 target 로 설정하기만 하면 됩니다.

    MouseArea {
        anchors.fill: view3d
        onClicked: (mouse)=> {
              let hit = view3d.pick(mouse.x, mouse.y)
              outlineRenderer.target = hit.objectHit
        }
    }

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