Managed DirectX 第四章

本文主要是介绍Managed DirectX 第四章，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

更多渲染技术

翻译：clayman

在讨论过了基础渲染方法之后,我们应该把注意力放到一些能提高性能,并且让场景看起来更好的渲染技术上来：

渲染各种图元类型

至今为止，我们只渲染过一种类型的图元，称为三角形集合。实际上，我们可以绘制很多种不同类型的图元，下边的列表描述了这些图原类型：

PointList――这是一个自我描述的图元类型，它把数据作为一系列离散的点来绘制。不能使用这种类型绘制indexed primitives。

LineList——把每一对点作为单独的直线来绘制。使用时至少需要有两个顶点。

LineStrip——把顶点绘制为一条折线。至少需要两个顶点。

TrangleList——这就是我们一直在使用的类型。每三个顶点被绘制为一个单独的三角形。通过当前的剔除模式来决定如何进行背面剔除。

TrangleStrip——三角形带是一系列相连的三角形，每两个相邻的三角形共享两个顶点。剔除模式会自动翻转所有偶数个三角形（flipped on all even-numbered triangles），因为相邻的三角形共享两个顶点，他们会被翻到反方向。这也是复杂的3D对象使用的最多的图元类型。

TrangleFan——与三角形带相似，不过所有的三角形都共享一个顶点。

可以使用同样的数据来绘制任意类型，任意数量的图元。Direct3D会根据给定的图元类型来绘图。写一点来嘛来绘制一下这几种图元吧。

修改我们创建顶点缓冲时的代码。因为不需要移动顶点，可以把SetupCamera里的world transform删除了，同样所有引用到angle成员的代码也可以删除了。添加一下代码：

private const int NumberItems ＝ 12；

12虽然是随便挑选的数字，但也有一定的原因。太多的顶点会让屏幕太拥挤，同时，顶点的数量要同时能被2和3整除。这样无论那种图元都能都被正确的渲染。接下来修改创建顶点缓冲的代码：

vb=new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored), NumberItems, device, Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly, CustomVertex.PositionColored.Format,Pool.Default);

CustomVertex.PositionColored[] verts = new CustomVertex.PositionColored[NumberItems];

for(int i=0;i<NumberItems;i++)

{

float xPos = (float)(Rnd.NextDouble()* 5.0f) - (float)(Rnd.NextDouble()* 5.0f);

······（详见源码）

verts[i].SetPosition(new Vector3(xPos,yPos,zPos));

verts[i].Color = RandomColor.ToArgb();

}

这里没有什么特别的地方，我们修改了顶点缓冲大小来保存足够多的顶点。接下来，修改了创建顶点的方法，用一种随机的方式来填充顶点。你可以在源码中找到关于Rnd和RandomColor的声明。

现在需要修改绘图方法了。不停的滚动显示几种类型的图原，可以简单的展示出他们之间的联系。我们每两秒钟显示一种类型。可以根据开机时到现在为止的相对时间（in ticks）来计时。添加一下两个成员变量的声明：

private bool needRecreate = false;

private static readonly int ImitialTickCount = System.Environment.TickCount;

第一个布尔变量控制着在每个“周期”开始的时候重新创建顶点缓冲。这样，就不必每次都显示同样的顶点。用一下代码代替简单的DrawPrimitives方法：

（见源码中带有switch的部分）

这基本上是一段可以自我解释的代码。根据一个周期中的不同时刻，调用DrawPrimitives来绘制相应的图原。注意，由于图原类型的不同，相同数量的顶点能绘制的图原数也是不同的。运行程序，将按照PointList，Linelist，LineStrip，TragleList,TangleStrip的顺序显示图原。如果你觉得显示PointList时“点”太小看不清楚，可以通过调整render state把它稍稍放大一点：

device.RenderStare.PointSize = 3.0f;

使用索引缓冲（Index Buffer）

还记得我们创建盒子时的带码吗，我们一共创建了36个顶点。实际上，我们只使用了8个不同的顶点而已，即正方形的8个顶点。在这样的小程序里把相同的顶点储存许多次并不会出什么大问题。但在需要储存大量数据的大得多的程序里，减少数据的重复来节约空间就显得很重要了。很幸运，Direct3D里一种成为索引缓冲的机制能让同一个图原共享他的顶点数据。

就像他的名字暗示的那样，索引缓冲就是一块保存了顶点数据索引的缓冲。缓冲中的索引为32位或16位的整数。比如，你使用索引0，1，6来绘制一个三角形时，会通过索引映射到相应的顶点来渲染图像。使用索引来修改一下绘制盒子的代码吧，首先修改创建顶点的方法：

vb=new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored), 8, device, Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly, CustomVertex.PositionColored.Format,Pool.Default);

CustomVertex.PositionColored[] verts = new CustomVertex.PositionColored[8];

verts[0] = new CustomVertex.PositionColored( -1.0f, 1.0f, 1.0f, Color.Red.ToArgb());

·····（见源码OnVertexBufferCreate方法）

如你所见，我们戏剧性的减少了顶点的数量，仅储存正方形的8个顶点。既然已经有了顶点，那36个绘制盒子的索引应该是什么样子呢？看一下先前的程序，依照36个顶点的顺序，列出适当的索引：

private static readonly short[] indices =

{

0,1,2, //front face

1,3,2, //front face

·····

}

为了便于阅读，索引分为3个一行，表示一个特点的三角形。第一个三角形使用顶点0，1，2第二个使用1，3，2；以此类推。仅仅有索引列表是不够的，还需要创建索引缓冲：

private IndexBuffer ib ＝ null；

这个对象就是储存并且让Direct3D访问索引的地方。它与创建顶点缓冲的方法也很相似。接下来初始化对象，填充数据：

ib = new VertexBuffer(typeof(short),indices.Length,device,Usage.WriteOnly,Pool.Default);

ib.Created += new EventHandler(ib_Created);

OnIndexBufferCreate(ib,null);

private void ib_Created(object sender, EventArgs e)

{

IndexBuffer buffer = (IndexBuffer)sender;

buffer.SetData(indices,0,LockFlags.None);

}

除了参数的约束条件以外，索引缓冲的构造器简直就是一个模子里出来的。与前面提到的一样，只能使用16位或32位的整数作为索引。我们订阅了事件处理程序，并且在程序第一次运行时手动调用他。最后为索引缓冲填充了数据。

现在，需要修改渲染图像的代码来使用这个数据了。如果你还记得，我们以前使用了一个叫“SetStreamSource”的方法来告诉DirectX渲染的时候使用哪一快顶点缓冲。同样，对于索引缓冲来说也有这样一种机制，不过它仅仅只是一个属性而已，因为同一时间只可能使用一种类型的索引缓冲。在SetStreamSource之后，设置如下属性：

device.Indices = ib;

这下Direct3D知道顶点缓冲的存在了，接下来修改绘图代码。目前，我们的绘图方法尝试从顶点缓冲绘制12个图原，可是这必然不会成功，因为现在顶点缓冲里只有8个顶点了。添加DrawBox方法：

private void DrawBox(float yaw,float pitch,float roll,float x,float y,float z)

{

angle += 0.01f;

device.Transform.World = Matrix.RotationYawPitchRoll(yaw,pitch,roll) * Matrix.Translation(x,y,z);

device.DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType.TriangleList,0,0,8,0,indices.Length /3);

}

这里，我们把DrawPrimitives改为了DrawIndexedPrimitives。来看看这个方法的原型吧：

public void DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType primitiveType,int baseVertex ,int minVertexIndex,int numVertices, int startIndex, int primCount);

第一个参数和上一个方法的一样，表示要绘制的图原类型。参数baseVertex表示从索引缓冲起点到要使用的第一个顶点索引的偏移量。MinVertexIndex是这几个顶点中最小的顶点索引值。很显然，numVertices指的就是所要使用的顶点数量。startIndex表示从数组中的哪一个位置开始读取顶点。最后一个参数则是要绘制的图原数量。

现在通过索引缓冲中的8个顶点，就可以绘制出了构成立方体的12个图原了。接下来用DrawBox方法代替原来的DrawPrimitives方法。

DrawBox(angle / (float)Math.PI, angle / (float)Math.PI * 2.0f, angle / (float)Math.PI / 4.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

（略，详见源码）

再次运行程序，可以看到颜色非常鲜艳的盒子在旋转。我们的每一个顶点都有不同的颜色，因此，真实的反映了使用索引缓冲共享顶点的缺点。当多个图原共享顶点的时候，所有的顶点数据都是共享的，包括颜色，法线数据等等。当决定是否共享顶点时，必须确定共享数据不会带来灯光或颜色上的错误（因为灯光的计算依赖于法线）。可以看到立方体每个面的颜色都是由顶点颜色插值计算出来的。

使用深度缓冲（Using Depth Buffer）

深度缓冲（depth buffer）（也就是通常所说的z-buffer或w-buffer）是Direct3D在渲染时储存“深度”（“depth”一般指方向为从屏幕指向观察者的z轴的窗口坐标）。深度信息用于在光栅化时决定象素之间的替代关系（注：度通常用视点到物体的距离来度量,这样带有较大深度值的象素就会被带有较小深度值的象素替代,即远处的物体被近处的物体遮挡住了）。至今为止，我们的程序都没有使用过深度缓冲，所以光栅化时没有象素被遮挡住。除此之外，我们甚至还没有会相互重叠的象素，那么，现在来绘制一些会与已有的立方体重叠的的立方体吧。

在已有的DrawBox方法调用后添加如下代码：

DrawBox(angle / (float)Math.PI,angle / (float)Math.PI* 2.0f, angle / (float)Math.PI / 4.0f, 0.0f,(float)Math.Cos(angle),(float)Math.Sin(angle));

···（略）

我们在添加了三个旋转的立方体到原来中间一排的立方体上。运行程序，可以看到重叠的立方体，却不能分清两个立方体重叠部分的边界，看起来不过是一块普通的斑点而已。这就需要通过深度缓冲来处理了。

添加深度缓冲实在是一个简单的任务。记得我们传递给device构造函数的presentation parameters参数吗？well，这将是我们添加深度缓冲的地方。创建一个包含深度缓冲的device，需要用到两个新的参数：

public Mircosoft.DirectX.Direct3D.DepthFormat AutoDepthStencilFormat [ get, set ]

public bool EnableAutoDepthStencil [get,set]

把EnableAutoDepthStencil设置为true就可以为device打开深度缓冲，使用DepthFormat来指定AutoDepthStencilFormat成员。DepthFormat枚举中，可使用的值列在下表中：

D 16 A 16-bit z-buffer bit depth.

D32 A 32-bit z-buffer bit depth.

D16Lockable A 16-bit z-buffer bit depth that is lockable.

D32Flockable A lockable format where depth value is represented by a standard IEEE floating point number.

D15S1 A 16-bit z-buffer bit depth using 15 bits for depth channel, with the last bit used for the stencil channel (stencil channels will be discussed later).

D24S8 A 32-bit z-buffer bit depth using 24 bits for depth channel, with the remaining 8 bits used for the stencil channel.

D24X8 A 32-bit z-buffer bit depth using 24 bits for depth channel, with the remaining 8 bits ignored.

D24X4S4 A 32-bit z-buffer bit depth using 24 bits for depth channel, with 4 bits used for the stencil channel, and the remaining 4 bits ignored.

D24FS8 A non-lockable format that contains 24 points of depth (as a floating point) and 8 bits for the stencil channel.

深度缓冲越大，能储存的深度数据也越多，但这是以牺牲性能为代价的。除非你确定需要使用很大的深度缓冲，否则使用最小的值就可以了。大部分现代的图形卡都支持最小16－bit的深度缓冲，so，添加代码：

presentParams.AutoDepthStencilFormat = DepthFormat.D16;

presentParams.SwapEffect = SwapEffect.Discard;

Perfect，现在device获得了深度缓冲。来看看有什么不同吧，运行程序。哇，结果并不是我们期盼的那样，程序被破坏了。这些立方体发生了什么？为什么加入了深度缓冲之后导致渲染被破坏了呢。呵呵，原因是深度缓冲从来没有被“cleared”，所以它一直处于一种不正确的状态。应该在clear device的同时clear深度缓冲，修改代码如下

device.Clear(ClearFlags.Target | ClearFlags.ZBuffer, Color.CornflowerBlue, 1.0f, 0);