D3D中的光照（2）

5.4光源

Direct3D支持三种类型的光源。

点光源——这种光源在世界坐标中有一个位置且向所有方向上都照射光线。

方向光源——这种光源没有位置但是向指定方向发出平行光线。

聚光灯——这种类型的光源和手电筒的光类似；它有位置并且发出的光在指定方向上按照圆锥形照射。这个圆锥形有两个角度，θ和φ。角度θ描述内圆锥，φ描述外圆锥。

在代码中一个灯光资源是通过D3DLIGHT9结构来表现的。

typedef struct _D3DLIGHT9 {
       D3DLIGHTTYPE Type;
       D3DCOLORVALUE Diffuse;
       D3DCOLORVALUE Specular;
       D3DCOLORVALUE Ambient;
       D3DVECTOR Position;
       D3DVECTOR Direction;
float Range;
float Falloff;
float Attenuation0;
float Attenuation1;
float Attenuation2;
float Theta;
float Phi;
} D3DLIGHT9;

Type——定义灯光类型，我们能够使用下面三种类型之一：D3DLIGHT_POINT, D3DLIGHT_SPOT, D3DLIGHT_DIRECTIONAL

Diffuse——此光源发出的漫射光颜色。

Specular——此光源发出的镜面光颜色。

Ambient——此光源发出的环境光颜色。

Position——用一个向量来描述的光源世界坐标位置。这个值对于灯光的方向是无意义的。

Direction——用一个向量来描述的光源世界坐标照射方向。这个值不能用在点光源上。

Range——灯光能够传播的最大范围。这个值不能比大。且不能用于方向光源。

Attenuation0, Attenuation1, Attenuation2——这些衰减变量被用来定义灯光强度的传播距离衰减。它们只被用于点光源和聚光灯上。Attenuation0定义恒定衰减，Attenuation1定义线性衰减，Attenuation2定义二次衰减。适当的使用这个公式，D是代表到光源的距离，A0,A1,A2与Attenuation0，1，2相匹配。

                                         attenuation = 1/(A₀ + A₁D + A₂D²)

Theta——只用于聚光灯；指定内圆锥的角度，单位是弧度。

Phi——只用于聚光灯；指定外圆锥的角度，单位是弧度。

现在只是演示怎样使用InitDirectionalLight。其他的也很类似：

创建一个方向光源，它沿着x轴正方向照射白色灯光。我们按照下面的方法来做：

D3DXVECTOR3 dir(1.0f, 0.0f, 0.0f);

D3DXCOLOR c = d3d::WHITE;

D3DLIGHT9 dirLight = d3d::InitDirectionalLight(&dir, &c);

在把D3DLIGHT9初始化好以后，我们需要用Direct3D内在支持的灯光来注册。就象这样做：

Device->SetLight(

       0, // element in the light list to set, range is 0-maxlights

       &light);// address of the D3DLIGHT9 structure to set

一旦灯光注册了，我们就能使用下面的列举的例子来开或关灯光了：

Device->LightEnable(

       0, // the element in the light list to enable/disable

       true); // true = enable, false = disable

5.5实例程序：灯光

       这一章的例子是创建如图5.7所显示的场景。它示范了怎样指定顶点法线，怎样创建材质，以及怎样创建和使用一个方向灯光。注意在这个示例程序中我们不会使用在文件d3dUtility.h/cpp中的材质和灯光函数。因为我们想展示怎样手动来做这些设置。

图5.7

给场景增加灯光的步骤是：

1、允许使用灯光。

2、为每个物体创建材质并且在渲染相应物体前应将材质附予物体。

3、创建一个或多个光源，设置它们，把它们设为可用。

4、将其他附加光源设为可用，比如镜面高光。

/**************************************************************************************
  Renders a light pyramid.  Demonstrates how to specify the vertex normals, how to create
  and set a material, and how to create and set a directional light.
**************************************************************************************/
#include "d3dUtility.h"
#pragma warning(disable : 4100)
class cLightVertex
{
public:
float m_x, m_y, m_z;
float m_nx, m_ny, m_nz;
    cLightVertex() {}
    cLightVertex(float x, float y, float z, float nx, float ny, float nz)
    {
        m_x  = x;    m_y  = y;    m_z  = z;
        m_nx = nx;    m_ny = ny;    m_nz = nz;
    }
};
const DWORD LIGHT_VERTEX_FVF = D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL;
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
const int WIDTH  = 640;
const int HEIGHT = 480;
IDirect3DDevice9*        g_d3d_device  = NULL;
IDirect3DVertexBuffer9*    g_pyramid_vb = NULL;
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
bool setup()
{   
// turn on lighting
    g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, TRUE);
    g_d3d_device->CreateVertexBuffer(12 * sizeof(cLightVertex), D3DUSAGE_WRITEONLY, LIGHT_VERTEX_FVF,
                                     D3DPOOL_MANAGED, &g_pyramid_vb, NULL);
// fill the buffers with the triangle data
    cLightVertex* vertices;
    g_pyramid_vb->Lock(0, 0, (void**)&vertices, 0);
// front face
    vertices[0] = cLightVertex(-1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.707f, -0.707f);
    vertices[1] = cLightVertex( 0.0f, 1.0f,  0.0f, 0.0f, 0.707f, -0.707f);
    vertices[2] = cLightVertex( 1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.707f, -0.707f);
// left face
    vertices[3] = cLightVertex(-1.0f, 0.0f,  1.0f, -0.707f, 0.707f, 0.0f);
    vertices[4] = cLightVertex( 0.0f, 1.0f,  0.0f, -0.707f, 0.707f, 0.0f);
    vertices[5] = cLightVertex(-1.0f, 0.0f, -1.0f, -0.707f, 0.707f, 0.0f);
// right face
    vertices[6] = cLightVertex( 1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.707f, 0.707f, 0.0f);
    vertices[7] = cLightVertex( 0.0f, 1.0f,  0.0f, 0.707f, 0.707f, 0.0f);
    vertices[8] = cLightVertex( 1.0f, 0.0f,  1.0f, 0.707f, 0.707f, 0.0f);
// back face
    vertices[9]  = cLightVertex( 1.0f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.707f, 0.707f);
    vertices[10] = cLightVertex( 0.0f, 1.0f,  0.0f, 0.0f, 0.707f, 0.707f);
    vertices[11] = cLightVertex(-1.0f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.707f, 0.707f);
    g_pyramid_vb->Unlock();
// create and set the material
    D3DMATERIAL9 material;
    material.Ambient  = WHITE;
    material.Diffuse  = WHITE;
    material.Specular = WHITE;
    material.Emissive = BLACK;
    material.Power      = 5.0f;
    g_d3d_device->SetMaterial(&material);
// setup a directional light
    D3DLIGHT9 dir_light;
    ZeroMemory(&dir_light, sizeof(dir_light));
    dir_light.Type        = D3DLIGHT_DIRECTIONAL;
    dir_light.Diffuse    = WHITE;
    dir_light.Specular  = WHITE * 0.3f;
    dir_light.Ambient   = WHITE * 0.3f;
    dir_light.Direction = D3DXVECTOR3(1.0f, 0.0f, 0.0f);
// set and enable the light
    g_d3d_device->SetLight(0, &dir_light);
    g_d3d_device->LightEnable(0, TRUE);
// turn on specular lighting and instruct Direct3D to renormalize normals
    g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_NORMALIZENORMALS, TRUE);
    g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_SPECULARENABLE, TRUE);
// position and aim the camera
    D3DXMATRIX view_matrix;
    D3DXVECTOR3 pos(0.0f, 1.0f, -3.0f);
    D3DXVECTOR3 target(0.0f, 0.0f, 0.0f);
    D3DXVECTOR3 up(0.0f, 1.0f, 0.0f);
    D3DXMatrixLookAtLH(&view_matrix, &pos, &target, &up);
    g_d3d_device->SetTransform(D3DTS_VIEW, &view_matrix);
// set the projection matrix
    D3DXMATRIX proj;
    D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&proj, D3DX_PI * 0.5f, (float)WIDTH/HEIGHT, 1.0f, 1000.0f);
    g_d3d_device->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &proj);
return true;
}
void cleanup()
{
    safe_release<IDirect3DVertexBuffer9*>(g_pyramid_vb);
}
bool display(float time_delta)
{
// update the scene: rotate the pyramid
    D3DXMATRIX y_rot;
static float y = 0.0f;
    D3DXMatrixRotationY(&y_rot, y);
    y += time_delta;
if(y >= 6.28f)
        y = 0.0f;
    g_d3d_device->SetTransform(D3DTS_WORLD, &y_rot);
// draw the scene
    g_d3d_device->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, 0x00000000, 1.0f, 0);
    g_d3d_device->BeginScene();
    g_d3d_device->SetStreamSource(0, g_pyramid_vb, 0, sizeof(cLightVertex));
    g_d3d_device->SetFVF(LIGHT_VERTEX_FVF);
    g_d3d_device->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 4);
    g_d3d_device->EndScene();
    g_d3d_device->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
return true;
}
LRESULT CALLBACK wnd_proc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM word_param, LPARAM long_param)
{
switch(msg)
    {
case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);
break;
case WM_KEYDOWN:
if(word_param == VK_ESCAPE)
            DestroyWindow(hwnd);
break;
    }
return DefWindowProc(hwnd, msg, word_param, long_param);
}
int WINAPI WinMain(HINSTANCE inst, HINSTANCE, PSTR cmd_line, int cmd_show)
{
if(! init_d3d(inst, WIDTH, HEIGHT, true, D3DDEVTYPE_HAL, &g_d3d_device))
    {
        MessageBox(NULL, "init_d3d() - failed.", 0, MB_OK);
return 0;
    }
if(! setup())
    {
        MessageBox(NULL, "Steup() - failed.", 0, MB_OK);
return 0;
    }
    enter_msg_loop(display);
    cleanup();
    g_d3d_device->Release();
return 0;
}

Setup函数给场景加入灯光。首先允许使用灯光，当然这不是必须的因为默认设置就是允许使用灯光的。

下一步，我们创建顶点缓存，锁定，并且把“金字塔”的三角形顶点放入其中。顶点法线是利用5.3节中的运算法则预先计算好的。注意三角形共享顶点，但它们的法线不能共享；因此对这个物体使用索引列表并不是最有利的。例如，所有三角形都共享顶点（0,1,0）；然而，对每个三角形，它们的顶点法线是不相同的。

为物体产生了顶点数据以后，我们描述利用灯光表现各自材质的物体间是怎样相互影响的。在这个例子中，“金字塔”反射出白光，自身不发光，且会产生一些高光。

接着，我们创建一个方向光并将其设为可用。方向光是沿着x轴的正方向照射的。灯光照射最强的白色漫射光（dir.Diffuse = WHITE），较弱的白色镜面光（dir.Specular = WHITE * 0.3f）以及一个中等强度的白色环境光（dir.Ambient = WHITE *0.6f）。

最后，我们设置状态使法线重新单位化且把镜面高光设置为可用。

下载源程序