Python Panda3D【 3D 游戏引擎和框架】 全面讲解_Panda3D与Python集成方案

Panda3D 是一个开源的、免费的 3D 游戏引擎和框架，由迪士尼互动工作室开发并维护，后来开源。它使用 Python 和 C++ 编写，主要面向游戏开发、模拟、可视化和其他 3D 应用。

1. Panda3D 基础

1.1 安装 Panda3D

pip install panda3d

或者从官网下载安装包：www.panda3d.org

1.2 基本结构

一个最简单的 Panda3D 程序：

from direct.showbase.ShowBase import ShowBaseclass MyApp(ShowBase): def __init__(self): ShowBase.__init__(self) # 加载一个模型 self.scene = self.loader.loadModel(\"models/environment\") # 将模型附加到渲染场景中 self.scene.reparentTo(self.render) # 设置模型的缩放和位置 self.scene.setScale(0.25, 0.25, 0.25) self.scene.setPos(-8, 42, 0)app = MyApp()app.run()

2. 核心概念

2.1 场景图 (Scene Graph)

Panda3D 使用场景图来组织3D对象，主要节点类型包括：

• Render: 根节点，所有可见对象都应附加到此节点
• NodePath: 场景图中的路径，用于操作节点
• GeomNode: 包含几何数据的节点
• Camera: 相机节点

2.2 坐标系

Panda3D 使用右手坐标系：

• X轴：向右
• Y轴：向前
• Z轴：向上

2.3 模型加载

# 加载模型model = self.loader.loadModel(\"path/to/model\")model.reparentTo(self.render)# 设置位置、旋转、缩放model.setPos(x, y, z)model.setHpr(h, p, r) # 航向、俯仰、横滚model.setScale(sx, sy, sz)

3. 渲染与光照

3.1 基本渲染设置

# 设置背景色self.setBackgroundColor(0.1, 0.1, 0.1, 1)# 启用阴影self.render.setShaderAuto()

3.2 光照

# 创建平行光dlight = DirectionalLight(\'dlight\')dlight.setColor((0.8, 0.8, 0.5, 1))dlight_np = self.render.attachNewNode(dlight)dlight_np.setHpr(45, -45, 0)self.render.setLight(dlight_np)# 创建点光源plight = PointLight(\'plight\')plight.setColor((1, 0.5, 0.5, 1))plight_np = self.render.attachNewNode(plight)plight_np.setPos(10, 0, 0)self.render.setLight(plight_np)

4. 相机控制

# 设置相机位置self.camera.setPos(0, -20, 5)self.camera.lookAt(0, 0, 0)# 第一人称相机控制self.disableMouse() # 禁用默认鼠标控制self.cameraControl = FirstPersonController(self)# 轨道相机self.trackball = Trackball(self)self.trackball.setPos(0, -20, 0)

5. 动画与交互

5.1 键盘输入

from direct.showbase.DirectObject import DirectObjectclass InputHandler(DirectObject): def __init__(self): self.accept(\"escape\", sys.exit) # ESC键退出 self.accept(\"w\", self.moveForward) def moveForward(self): print(\"Moving forward!\")handler = InputHandler()

5.2 鼠标输入

self.accept(\"mouse1\", self.onClick) # 左键点击def onClick(self): if self.mouseWatcherNode.hasMouse(): mpos = self.mouseWatcherNode.getMouse() print(f\"Clicked at: {mpos}\")

5.3 动画系统

Panda3D 支持两种动画系统：

1. 基于 Actor 的骨骼动画
2. 基于 Intervals 的变换动画

# 加载角色和动画actor = Actor(\"models/character\", {\"walk\": \"models/character-walk\"})actor.reparentTo(self.render)actor.loop(\"walk\") # 循环播放行走动画# 使用Interval制作动画from direct.interval.IntervalGlobal import *Sequence( actor.posInterval(3, (5, 0, 0)), # 3秒移动到x=5 actor.hprInterval(2, (180, 0, 0)) # 然后2秒旋转180度).start()

6. 物理引擎

Panda3D 支持多种物理引擎集成，如 Bullet 和 ODE。

6.1 Bullet 物理示例

from panda3d.bullet import BulletWorld, BulletPlaneShape, BulletBoxShape, BulletRigidBodyNode# 创建物理世界self.world = BulletWorld()self.world.setGravity((0, 0, -9.81))# 创建地面shape = BulletPlaneShape((0, 0, 1), 0)node = BulletRigidBodyNode(\'Ground\')node.addShape(shape)ground = self.render.attachNewNode(node)self.world.attachRigidBody(node)# 创建盒子box_shape = BulletBoxShape((0.5, 0.5, 0.5))box_node = BulletRigidBodyNode(\'Box\')box_node.setMass(1.0)box_node.addShape(box_shape)box = self.render.attachNewNode(box_node)box.setPos(0, 0, 5)self.world.attachRigidBody(box_node)# 更新物理世界self.taskMgr.add(self.updatePhysics, \'updatePhysics\')def updatePhysics(self, task): dt = globalClock.getDt() self.world.doPhysics(dt) return task.cont

7. 高级特性

7.1 着色器编程

# 加载GLSL着色器shader = Shader.load(Shader.SL_GLSL,  \"vertex.glsl\",  \"fragment.glsl\")self.render.setShader(shader)

7.2 粒子系统

from panda3d.core import ParticleSystem, PointParticleFactory# 创建粒子系统system = ParticleSystem()system.setPoolSize(100)factory = PointParticleFactory()system.addFactory(factory)# 将粒子系统添加到场景中renderer = ParticleSystemManager.getGlobalPtr().createRenderer(\"point\")system.addRenderer(renderer)node = self.render.attachNewNode(system)node.setPos(0, 0, 5)

7.3 音频系统

# 加载和播放音效sound = loader.loadSfx(\"sound/effect.ogg\")sound.play()# 播放背景音乐music = loader.loadMusic(\"sound/music.ogg\")music.setLoop(True)music.play()

8. 性能优化

1. 模型优化：使用低多边形模型，合理使用LOD
2. 纹理优化：使用压缩纹理，合理设置mipmap
3. 批处理：对静态物体使用flattenStrong()
4. 剔除：合理使用setBin()和setDepthTest()
5. 多线程：利用Panda3D的多线程渲染

9. 发布应用

# 打包为独立可执行文件from panda3d.core import VirtualFileSystemvfs = VirtualFileSystem.getGlobalPtr()vfs.mount(\"models\", \"/path/to/models\", 0)

可以使用PyInstaller或cx_Freeze将Python脚本打包为可执行文件。

10. 学习资源

1. 官方文档：https://docs.panda3d.org/
2. 官方示例：安装目录下的sample文件夹
3. 社区论坛：https://discourse.panda3d.org/
4. GitHub仓库：https://github.com/panda3d/panda3d

Panda3D 是一个功能强大但学习曲线适中的引擎，特别适合Python开发者进入3D游戏和图形编程领域。通过结合Python的易用性和Panda3D的强大功能，可以快速开发出高质量的3D应用。