Direct3D学习笔记（四） 制作一个真正的三维空间

making our triangle three dimensional

回头看看我们以前的程序，它看起来并不那么三维。我们只是在windows窗口中画了一个三角形而已，而这个用GDI是很容易做到的，现在我么那要做的就是怎么样画出一个物体来让他看起来比较三维化，而这些，很容易在我们已有的程序中进行改进而得到。

如果你还记得，在早些时候当我们创造第一三角形的时候，我们使用了一种叫做转换匹配（transformed coordinates）的东西，它能为屏幕所识别，并且我们很容易定义它。这些转换非常普遍的应用在很多现代的3d游戏中。

如果我们定义了这些匹配，我们必须在世界坐标中定义每一个顶点而不仅仅是在屏幕区域作表中定义这么简单，你可以把世界坐标想象成一个无限大的笛卡尔三维空间，你可以在这个空间的任何地方放置你想要放置的任何东西，好，现在让我们来修改程序以完成绘制一个转换后的三维的三角形。

首先，我们必须改变三角形顶点数据的格式，我们选用CustomVertex.PositionColored来改变三角形数据的格式。

CustomVertex.PositionColored[] verts = new CustomVertex.PositionColored[3];
verts[0].SetPosition(new Vector3(0.0f, 1.0f, 1.0f));
verts[0].Color = System.Drawing.Color.Aqua.ToArgb();
verts[1].SetPosition(new Vector3(-1.0f, -1.0f, 1.0f));
verts[1].Color = System.Drawing.Color.Black.ToArgb();
verts[2].SetPosition(new Vector3(1.0f, -1.0f, 1.0f));
verts[2].Color = System.Drawing.Color.Purple.ToArgb();

并且要一起改变你的顶点格式的属性

device.VertexFormat = CustomVertex.PositionColored.Format;

那上面做了什么呢？如果你现在运行程序，会发现什么改变都没有发生。在我们领会到为什么以前，然我们来稍微解释一下上面的改变，你会发现，我们用PositionColored结构 代替了TransformedColored结构，用Vector3代替了Vector4这个类，这些新的结构保存了图形顶点的三维空间坐标和顶点的颜色，而且我们必须要让Direct3D我们要画改变数据类型后的图形，所以，我们还必须添加上最后一句让Direct3D知道格式

我们既然已经改变了数据格式，但是为什么我们的程序还是没有任何显示呢？原因是虽然我们告诉了Direct3D我们要画的图形的三维和颜色信息，但是没有告诉他要如何显示这些信息，也就是没有告诉他从哪个位置来观察我们画的图形，所以，我们必须添加一台摄像机让Direct3D知道在屏幕上显示图形的哪个地方。

摄像机必须经过两种变换才能在设备中被配置，每一种变换被定义成一个4*4的矩阵来传递给Direct3D，这个影射变化通常被定义成如何把真实场景变换到屏幕正确的显示。最简单的方法之一是使用Matrix类中的PerspectiveFovLH函数来完成这个转换关系，这将在可视区域内用左手坐标系统创造一个立体投影，在这个投影中的内容才会被显示出来。至于什么是左手坐标系统，大家可以自己去查资料。。呵呵。在Direct3D中都是使用左手坐标系统。

好，下面是我们映射矩阵函数的原型
public static Microsoft.DirectX.Matrix PerspectiveFovLH
(
System.Single fieldOfViewY ,
System.Single aspectRatio ,
System.Single znearPlane ,
System.Single zfarPlane
)

这个影射转换描述的是一个场景中视觉范围内的平截面，你可以把它想象成一个切掉了头的金字塔，也就是一个四棱台，在这个棱台里面的是你可以看见的区域，也就是显示在屏幕中的区域，函数中的后两个参数，近截面和元截面，分别描述了这个棱台的前后界限，第二个参数描述了这个金字塔的角度的正切值，也就是我们常说的屏幕的长宽比例。当我们没有设置我们映射转换的时候，我们的可视区是看不到任何东西的，但是，就算我们设置了映射转换，而没有设置摄像机本身的一些属性，我们一样看不到东西，我们把这个设置摄像机本身属性的过程叫视图转换（不知道这样翻译对不对 view transform），视图转换的函数原型如下

public static Microsoft.DirectX.Matrix LookAtLH(Microsoft.DirectX.Vector3 cameraPosition,
    Microsoft.DirectX.Vector3 cameraTarget , Microsoft.DirectX.Vector3 cameraUpVector )

这个函数比较容易理解，他的三个参数都是用来描述摄像机的属性的，第一个表示摄像机的坐标位置，第二个表示我们希望摄像机看到的物体，最后一个应该是个正方向。（The last argument is the direction that will be considered "up."）

通过映射转换和视图转换，Direct3D现在有足够的信息来描绘我们需要的新三角形了，我们现在来修改前面的代码让图形正确的显示出来吧，首先，我们加入一个"SetupCamera"的新函数，函数如下

private void SetupCamera()
{
    device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4,
         this.Width / this.Height, 1.0f, 100.0f);
    device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(new Vector3(0,0, 5.0f), new Vector3(),
         new Vector3(0,1,0));
}

现在你可以看到，我们在设备中创造了一个映射变换，并且告诉了Direct3D我们的视觉区域，然后我们在设备中创造了一个视觉转换，让Direct3D知道摄像机的一些基本属性。然后在OnPaint函数中，清除完显示器后调用它，用来初始化摄像机。现在我们可以再运行一下我们的程序了。

但是看起来好象不怎么好，我们虽然已经画出了一个三角形，但是它是全黑的，就算我们指定了他的颜色他也是黑的。问题出在pretransformed triangle和nontransformed triangle之间，我们前面做的都是已转换系统的图形，而现在我们是未转换图形，在未转换系统中，Direct3D在默认条件下将使用我们定义的灯光来照亮物体以确定图形的最终顶点的像素颜色，但是我们在上面没有确定外界光的颜色，也就是说没有灯光照亮我们的物体，自然他就没有颜色显示而是黑色的了。我们以后将告诉大家怎么定义外界光颜色，但是眼下，我们有个简单的办法解决这个问题，就是不要光，所有颜色将显示我们定义的颜色而不是通过光计算出来的颜色，我们在SetupCamera的最后添加一行

device.RenderState.Lighting = false;
就可以了。

现在运行我们的程序，我们发现运行出来的东西和上一节的一模一样，看起来我们做了这么多工作，最后好像又回到了原地一样，但是，实际上我们已经建立了一个完整的三维世界中的三角形，但是我们要让用户看起来真的觉得这是一个三维的世界，那么我们还要做一些事情。

怎样使我们画的三角形看起来比较三维一点呢？最简单的方法就是让这个三角形旋转一些角度，我们可以简单的调用一些方法来实现这个角度的旋转。

设备中的世界变换是把我们真实世界的模型变换得在屏幕上看起来和我们看到的自然世界比较接近的一种变换（靠，这句英语太长了，大概意思就是这样吧。。我看晕了），而且这个变换有很多种类，包括角度旋转，比例尺寸的变化等等，我们这里只要变换一个角度就可以了，在Matrix对象中有许多函数可以完成这样的工作，我们在SetupCamera函数中添加下面的代码就可以了

device.Transform.World = Matrix.RotationZ((float)Math.PI / 6.0f);

这个代码是告诉Direct3D在这之后，每一个物体都将作改变，直到指定一个新的世界变换为止，在这里，我们创造了一绕着z轴旋转的变换，在这个函数中，所有的变量都必须是弧度而不是角度，好了，现在运行一下我们的程序，再和前面的进行比较，我们会发现已经不同了，物体绕z轴旋转了一个角度了。

仅仅是这样，似乎还是太简单了，我们可以修改一下上面的函数让物体绕z轴不断的旋转，这样应该就有意思多了。

device.Transform.World = Matrix.RotationZ((System.Environment.TickCount / 450.0f)
    / (float)Math.PI);

好，现在运行一下我们的程序，会发现物体已经开始绕着z轴缓慢而且不停止的旋转了，但是还有一个问题，我们看到的物体旋转似乎有一点点跳跃，那是因为System.Environment.TickCount这个变量默认的步长是15毫秒，所以看起来会有点跳跃，不要着急，我们可以使用自己的变量来改变这个状况。修改一下函数就可以了

device.Transform.World = Matrix.RotationZ(angle / (float)Math.PI);
angle += 0.1f;

注意，不要忘记在前面定义angle变量

好了，现在再运行一下，我们会发现物体的旋转已经非常的平滑了，基本上达到了我们的需要，同样，我们有时候不仅仅希望物体只绕一个轴旋转，Direct3D已经为我们想到了很多，哈哈，我们可以这样改写这个函数为

device.Transform.World = Matrix.RotationAxis(new Vector3(angle / ((float)Math.PI * 2.0f),
    angle / ((float)Math.PI * 4.0f), angle / ((float)Math.PI * 6.0f)),
    angle / (float)Math.PI);

很明显，这样是告诉Direct3D让物体绕着三个坐标轴旋转，运行一下，呵呵，物体是不是开始旋转了阿，看起来是不是已经比较三维化了阿，不再是前面的那种平面的样子了吧。。

好，我们的第一个三维的三角形已经完成了。这样，已经基本上算是一个真正的3d程序了吧，不要着急，以后还有更多的东西呢。有兴趣的朋友可以耐心的等一等，我会坚持下去的，只是现在毕业设计也开始了，也要翻译文章，我天天对着英文，头都大了。。。呵呵，哦，我毕业设计是做“基于特征子空间的数字水印技术”，要是有哪位朋友有这方面的资料请告诉我好吧。。哈哈，谢谢了。。。我的邮箱是wyh267@163.com  QQ：128102  哈哈，谢谢，我不要源程序，只要一些资料和相关文档就可以了，谢谢啦。。。