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。
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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。