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  • D3D中的网格(Mesh)

    该教程基于DirectX 8.0 Graphics, 一部分内容由DirectX 8.0 SDK 英文文档翻译而来,一部分是自己工作经验的总结,作者对此享有著作权,读者可任意拷贝和传播,但不包含商业的用途,转贴请注明出处。
    作者联系方式: jockey8888@sina.com


    目录:
    一. 慨述
    二. D3D中的网格(Mesh)
    1. 网格中包含的内容
    2. D3D中网格的处理
    三. D3D中的X文件格式
    1. X文件简介
    2. X文件中的模板(Template)
    3. X文件格式



    一. 慨述

    怎样将现实中的一个物体,比如,一只花瓶,一个足球,甚至一架大的战斗机,在电脑屏幕上显示呢?我们一般会这样做:

    1. 先把该物体放在一个虚拟的三维坐标系中,该坐标称为局部坐标系(Local Space), 一般以物体的中心作为坐标原点,采用左手坐标系。

    2. 然后,对坐标系中的物体进行点采样(Point Sample), 这些采样点按一定顺序连接成为一系列的小平面(三角形或共面的四边形,五边形等),这些小平面称为图元(Primitive), 3D引擎会处理每一个图元,称为一个独立的渲染单位。这样取样后的物体看起来像是由许许多多的三角形,四边形或五边形组成的,就像网一样,我们称为一个网格(Mesh).
    这个采样过程又可称为物体的3D建模。当然现在都有功能非常强大的3D建模工具,例如,3D Max, 3D Cool等建模工具,省去了我们这方面的许多工作。

    3. 我们纪录这些顶点数据和连线情况到一个文件中,3D引擎读取这些数据,依次渲染每一个图元,就能在显示屏幕上再现物体。当然了,取样的点越多,再现的物体也会越逼真,要处理的数据量也越大。
    在D3D中,纪录这些顶点数据和连线情况的文件称为X文件(X File)。它是以X作为文件名后缀的。这有点类似于2D中的位图文件。


    二. D3D中的网格(Mesh)

    如上所述,在D3D图形学中,网格也是由一系列共面多边形组成,即由一个个的图元组成,所以有的3D图形学书上,也把网格称为图元链表( Primitive List). 一个物体就可以表示成一个多边形的网格。

    1. 网格中包含的内容

    网格中主要存储的是对物体的点采样信息,所以一般会有物体采样的顶点个数,顶点数据列表;面个数,面的数据列表的信息。然后,为了增加采样物体的真实性,我们还会加入物体的纹理,材质,灯光等信息。所以,我们一般可用以下模板来定义一个网格。对模板的内容,会在以下的X文件格式中作介绍。

    template Mesh {
        <3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433> // 给该模块定义的UUID
        DWORD nVertices; // 采样的顶点数
        array Vector vertices[nVertices]; // 顶点数据列表
        DWORD nFaces; // 面个数
        array MeshFace faces[nFaces]; //面的数据列表
        [...] // 一些其他的信息,如:纹理,材质等
    }


    2. D3D中网格的处理

    在微软DirectX8.0 中,提供了几个接口来对网格进行处理,其中最常用的接口是ID3DXMesh。我们可以使用该接口来装载网格数据,获得网格的各种信息等。使用该接口会在下章详细讲解。


    三. D3D中的X文件格式

    1. X文件简介

    在D3D中, X文件主要是用来存储网格数据的,当然不光是网格数据,它还用来存储有关纹理,动画及用户定义的对象的一些数据.
    X文件还是模板驱动(Template-Driven)的,也就是说它存储数据的格式是基于模板的. 这使得这种文件格式具有结构自由,内容丰富,易应用,可移植性高等优点.

    2. X文件中的模板(Template)

    模板定义了数据流是怎样被格式化的,也就是告诉你对于一个3D模型的各种数据,它们是以什么格式存放在数据流中的(这里指文件)。

    a. 模板的格式
    在X文件中,一般会有如下所示的格式:

    template <template-name> { // 模板名
        <UUID> // 一个全局唯一ID, 用来唯一标识该模板
        <member 1>; // 成员变量1
        ...
        <member n>; // 成员变量n
        [restrictions] // 模板约束,下面会提到
    }


    b. 模板约束
    根据模板约束的不同形式,我们可将模板分成以下三类:
    (a). 开放式模板( Open Tamplate )
    开放式模板指除了模板本身定义的成员变量外,我们还可以向模板中添加其他的成员变量,来达到定制模板的目的。下面是一个开放式模板实例:

    template Mesh {
        <3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        DWORD nVertices;
        array Vector vertices[nVertices];
        DWORD nFaces;
        array MeshFace faces[nFaces];
        [ ... ] // 该字符串表明该模板为开放式模板
    }

    (b). 约束模板 ( Restricted Tamplate )
    与开放式模板相比,我们只能向约束模板中添加有限几种类型的数据成员,这些数据类型由模板枚举出来,下面是一个开约束模板实例:

    template FileSystem {
        <UUID>
        STRING name;
        [ Directory <UUID>, File <UUID> ] // 表明为约束模板
    }


    (c). 封闭式模板( Closed Tamplate )
    与上面两种类型的模板相比,封闭式模板的数据成员是固定的,我们不能向里面添加另外的成员。下面是一个封闭式模板实例:

    template Vector {
        <3D82AB5E-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        FLOAT x;
        FLOAT y;
        FLOAT z;
    } // A closed template


    c. 常用的模板类型
    以下是一些常用的模板类型,我做了一些简单的注释,详细资料可以查DirectX8.0 SDK文档。

    // 标题模板, 给出一些附加的X文件信息,如版本信息。
    template Header { // 标题模板, 给出一些附加的X文件信息,如版本信息。
        <3D82AB43-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        WORD major; // 大版本号
        WORD minor; // 小版本号
        DWORD flags;
    }

    // 向量模板, 定义一个向量 (x,y,z)
    template Vector {
        <3D82AB5E-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        FLOAT x;
        FLOAT y;
        FLOAT z;
    }

    // 颜色模板,定义一带alpha的颜色值
    template ColorRGBA {
        <35FF44E0-6C7C-11cf-8F52-0040333594A3>
        FLOAT red;
        FLOAT green;
        FLOAT blue;
        FLOAT alpha;
    }

    // 颜色模板,定义一不带alpha的颜色值
    template ColorRGB {
        <D3E16E81-7835-11cf-8F52-0040333594A3>
        FLOAT red;
        FLOAT green;
        FLOAT blue;
    }

    // 材质模板,定义材质属性
    template Material {
        <3D82AB4D-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        ColorRGBA faceColor; // 材质颜色
        FLOAT power; // 高亮光强度
        ColorRGB specularColor; // 高亮光颜色
        ColorRGB emissiveColor; // 发散光颜色
        [...] // 可添加其他成员
    }

    // 网格面模板,定义网格中的一个面( 即图元,还记得网格的概念吗)
    template MeshFace {
        <3D82AB5F-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        DWORD nFaceVertexIndices; // 该面包含的定点数
        array DWORD faceVertexIndices[nFaceVertexIndices]; // 面的顶点数据索引列表
    }

    // 网格模板, 定义网格数据格式
    template Mesh {
        <3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>
        DWORD nVertices; // 网格顶点数
        array Vector vertices[nVertices]; // 网格顶点数据列表
        DWORD nFaces; // 网格面数
        array MeshFace faces[nFaces]; // 网格面的数据列表
        [...] // 可添加其他成员
    }



    3. X文件格式
    D3D的X文件拥有自己的一套完整的语法规则,以下是一个完整X文件,它存储了一个正方形网格的数据。该正方形有两个面,一面为红色,一面为蓝色。

    1 xof 0302txt 0064
    2
    3 // A single rectangle with two faces
    4 // Author: Jacky 2002/04/22
    5
    6
    7 Header
    8 {
    9 1;
    10 0;
    11 1;
    12 }
    13
    14 Material Face1Material // Material 1
    15 {
    16 1.0; 0.0; 0.0; 1.0;; // 红色
    17 0.0;
    18 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;
    19 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;
    20
    21 }
    22
    23 Material Face2Material // Material 2
    24 {
    25 0.0; 0.0; 1.0; 1.0;; // 蓝色
    26 0.0;
    27 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;
    28 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;
    29
    30 }
    31
    32 Mesh Face
    33 {
    34 4; // 该网格包含四个顶点
    35 -1.0; -1.0; 0.0;, // 顶点0坐标
    36 -1.0; 1.0; 0.0;, // 顶点1坐标
    37 1.0; 1.0; 0.0;, // 顶点2坐标
    38 1.0; -1.0; 0.0;; // 顶点3坐标
    39
    40 2; // 该网格包含两个面
    41 4; 0, 1, 2, 3;, // 网格正面,4表示该面有四个顶点,后面是顶点数据的索引
    42 4; 3, 2, 1, 0;; // 网格反面
    43
    44 MeshMaterialList // 材质列表,为每个面分配一个材质
    45 {
    46 2;
    47 2;
    48 0, 1;;
    49 { Face1Material }
    50 { Face2Material }
    51 }
    52
    53 }


    a. 第1行,x文件的标题
    xof ------ 表明该文件类型是X文件
    0302 ----- 表明该文件大版本号为03, 小版本号为02,该版本号一般不会变
    txt ------ 表明该文件为文本文件,同样"bin"为二进制文件,"tzip"为压缩文本文件,
    "bzip"为压缩二进制文件。
    0064 ----- 表明使用64位的浮点数。同样,0032表示使用32位的浮点数。
    注意: 该标题字符串必须放在X文件的第一行。

    b. 第3-4行,注释
    在X文件中, 符号"//"或"#"用来表示注释。

    c. 第7-12行,该文件的标题模板数据
    该模板数据同最前的标题字符串相对应,用来说明该文件的一些信息。

    d. 第14-30行,定义了两个材质,分别具有红色和蓝色属性。
    在模板的数据中,要注意逗号和分号的使用。这方面的内容可查SDK的文档。

    e. 第32-53行,给出了该网格的模板数据,可参见注释。


    微软的X文件是一个庞杂的体系结构,关于它的内容完全可以写成一本厚厚的教课书。我这里只作了一些简略的介绍,就算是抛砖引玉,为刚学D3D编程的兄弟节省一点时间吧。

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