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  • *Direct3D轮回:游戏场景之河流

    继天空、陆地之后,用于构建游戏场景的另一个必须的元素莫过于河流~

    本节我们基于特定的特效文件Water.fx来完成水面模块的构建。

    以下是该特效文件的HLSL代码:

    Water.fx
    //----------------------------------------------------------------------------------------------------------
    //    Technique:     Water(水面)
    //    
    //    作者:        www.riemers.net
    //
    //  来自:      http://shiba.hpe.sh.cn/jiaoyanzu/WULI/soft/xna.aspx?classId=4(上海八中物理组Xna游戏开发专栏)
    //
    //    --------------------------------------------------------------------------------------------------------

    shared uniform 
    extern float4x4    gProjection : PROJECTION;   // 共享的投影矩阵
    shared uniform extern float     gTime;                        // 共享的时间变量
    shared uniform extern int        gTotalLights;                // 共享的光源数量

    // 包含光源数据的结构
    struct Light
    {
        
    float enabled;      //光源是否打开    
        float lightType;    //光源类型
        float3 color;        //光源颜色
        float3 position;    //光源位置
        float3 direction;    //光线方向
        float4 spotData;    //四个分量分别保存range,falloff,theta,phi数据
    };

    //光源数组
    shared Light gLights[8];

    shared uniform 
    extern float3    gCameraPos;                           // 相机位置 
    shared uniform extern float4x4    gView : VIEW;                       // 视矩阵

    uniform 
    extern float4x4 gReflectionView;                   // 反射视矩阵
    uniform extern float4x4    gWorld : WORLD;                       // 世界矩阵

    uniform 
    extern float gWaveHeight;                           // 振幅
    uniform extern float gWindForce;                           // 风力大小,即波速
    uniform extern float3 gWindDirection;                       // 风向,即水流方向

    uniform 
    extern texture gTexture1;                         // 水面的凹凸贴图
    uniform extern float    gTexture1UVTile;                  // 凹凸纹理的平铺次数
    sampler BumpMapSampler = sampler_state { 
        texture 
    = <gTexture1> ; magfilter = LINEAR; minfilter = LINEAR; mipfilter=LINEAR; AddressU = mirror; AddressV = mirror;
    };

    uniform 
    extern texture gReflectionMap;                   //反射贴图
    sampler ReflectionSampler = sampler_state { 
        texture 
    = <gReflectionMap> ; magfilter = LINEAR; minfilter = LINEAR; mipfilter=LINEAR; AddressU = mirror; AddressV = mirror;
    };

    uniform 
    extern texture gRefractionMap;                   //折射贴图
    sampler RefractionSampler = sampler_state { 
        texture 
    = <gRefractionMap> ; magfilter = LINEAR; minfilter = LINEAR; mipfilter=LINEAR; AddressU = mirror; AddressV = mirror;
    };

    struct VS_OUTPUT
    {
        float4 Position                  : POSITION;
        float4 ReflectionMapSamplingPos  : TEXCOORD1;
        float2 BumpMapSamplingPos        : TEXCOORD2;
        float4 RefractionMapSamplingPos  : TEXCOORD3;
        float4 WorldPosition             : TEXCOORD4;
    }; 


    VS_OUTPUT WaterVS(float4 inPos : POSITION, float2 inTex: TEXCOORD)
    {    
        VS_OUTPUT Output 
    = (VS_OUTPUT)0;

        float4x4 preViewProjection 
    = mul (gView, gProjection);
        float4x4 preWorldViewProjection 
    = mul (gWorld, preViewProjection);
        Output.Position 
    = mul(inPos, preWorldViewProjection);
        Output.WorldPosition 
    = mul(inPos, gWorld);
        
        
    // 计算反射纹理的采样坐标
        float4x4 preReflectionViewProjection = mul (gReflectionView, gProjection);
        float4x4 preWorldReflectionViewProjection 
    = mul (gWorld, preReflectionViewProjection);    
        Output.ReflectionMapSamplingPos 
    = mul(inPos, preWorldReflectionViewProjection);          
        
        
    // 设置纹理的采样坐标
        Output.RefractionMapSamplingPos = mul(inPos, preWorldViewProjection);            
        
        
    // 归一化水流方向
        float3 windDir = normalize(gWindDirection);    
        
    // 获取垂直于水流的方向
        float3 perpDir = cross(gWindDirection, float3(0,1,0));
        
        
    // 获取经水流方向修正的纹理uv坐标
        float ydot = dot(inTex, gWindDirection.xz);
        
    float xdot = dot(inTex, perpDir.xz);
        float2 moveVector 
    = float2(xdot, ydot);
        
    // 让纹理的v坐标随时间移动
        moveVector.y += gTime*gWindForce;    
        
    // 获取最终的凹凸纹理采样坐标
        Output.BumpMapSamplingPos = moveVector*gTexture1UVTile;
        
        
    return Output;
    }

    float4 WaterPS(VS_OUTPUT Input):COLOR0
    {
        
    // 采样凹凸纹理颜色
        float4 bumpColor = tex2D(BumpMapSampler, Input.BumpMapSamplingPos);
        float2 perturbation 
    = gWaveHeight*(bumpColor.rg - 0.5f)*2.0f;
        
        
    // 将反射贴图采样坐标从2D屏幕空间映射到纹理坐标
        float2 ProjectedReflectTexCoords;
        ProjectedReflectTexCoords.x 
    = Input.ReflectionMapSamplingPos.x/Input.ReflectionMapSamplingPos.w/2.0f + 0.5f;
        ProjectedReflectTexCoords.y 
    = -Input.ReflectionMapSamplingPos.y/Input.ReflectionMapSamplingPos.w/2.0f + 0.5f;        
        float2 perturbatedTexCoords 
    = ProjectedReflectTexCoords + perturbation;
        float4 reflectiveColor 
    = tex2D(ReflectionSampler, perturbatedTexCoords);
        
        
    // 将折射贴图采样坐标从2D屏幕空间映射到纹理坐标
        float2 ProjectedRefrTexCoords;
        ProjectedRefrTexCoords.x 
    = Input.RefractionMapSamplingPos.x/Input.RefractionMapSamplingPos.w/2.0f + 0.5f;
        ProjectedRefrTexCoords.y 
    = -Input.RefractionMapSamplingPos.y/Input.RefractionMapSamplingPos.w/2.0f + 0.5f;    
        float2 perturbatedRefrTexCoords 
    = ProjectedRefrTexCoords + perturbation;    
        float4 refractiveColor 
    = tex2D(RefractionSampler, perturbatedRefrTexCoords);
        
        
    // 从凹凸贴图获取法线向量
        float3 eyeVector = normalize(gCameraPos - Input.WorldPosition);
        float3 normalVector 
    = (bumpColor.rbg-0.5f)*2.0f;
        
        
    // 计算菲涅尔系数,并根据这个系数混合反射和折射颜色
        float fresnelTerm = dot(eyeVector, normalVector);    
        float4 combinedColor 
    = lerp(reflectiveColor, refractiveColor, fresnelTerm);
        
        
    // 在水面再添加蓝灰色让它变得“脏”一点
        float4 dullColor = float4(0.3f0.3f0.5f1.0f);
        
        
    // 将蓝灰色混合到最终颜色
        float4 color = lerp(combinedColor, dullColor, 0.2f);
        
        
    // 设置光源方向,为简化起见,只使用场景中的单向光方向
        float3 gLightDirection = float3(5-1-2);
        
    //----------------------------
        
    //    遍历所有光源
        
    //----------------------------   
        for(int i=0; i < gTotalLights; i++)
        {    
            
            
    //只处理可用的光源
            if(gLights[i].enabled&&gLights[i].lightType==0)
            {
                 gLightDirection
    =gLights[i].direction;
            }
        }        
        
        
    // 添加水面的镜面反射颜色
        float3 reflectionVector = reflect(-gLightDirection, normalVector);    
        
    float specular = pow(dot(normalize(reflectionVector), normalize(eyeVector)), 1024);        
        color.rgb 
    += specular;
        
        
    return color;
    }

    technique Water
    {
        pass Pass0
        {
            VertexShader 
    = compile vs_3_0 WaterVS();
            PixelShader 
    = compile ps_3_0 WaterPS();
        }
    }

    该源码由http://www.riemers.net/保留原创版权,引子老师原创的StunEngine(based on Xna)引擎V0.4版本,如有转载或引用,敬请显式标明http://www.riemers.net/StunEngine等字样,以示尊重!

    老师已在代码中给大家添加了详细的注释。本节我们不要求掌握其中的原理,只需懂得如何运用其构建水面特效即可,这也是我在题目前加注星号的原因。

    好,有了现成的Shader做支撑,下面我们着手准备CWater的实现。

    首先依然是纹理的准备:

       WaterWav.dds

    哎?不要想歪,它可不是水面的基本纹理,因为水本是无色的~

    这张图我们称之为“法线贴图”,其作用类似于上一节的高度图,不过不是用来生成高度数据,而是用于生成各个点的法线数据。

    “法线贴图”的巧妙运用能很好的细化物体表面,在使用较少资源的前提下使改善画面渲染品质得到质的飞跃,是次世代游戏中广泛使用的一种实用技术~

    法线贴图的相关计算在Shader中进行,这里我们不再深入讨论,只留个印象就可以,感兴趣的朋友可以自行查阅相关资料。

    然后,我们来着手完成CWater的构建:

    /*-------------------------------------

    代码清单:Water.h
    来自:
    http://www.cnblogs.com/kenkao

    -------------------------------------
    */

    #include 
    "D3DEffect.h"

    #pragma once

    class CWater
    {
    public:
        CWater(
    void);
        
    ~CWater(void);

    public:
        
    bool  Create(                                 // 构建水面
            float iSizeX,                             // 水面长
            float iSizeY,                             // 水面宽
            float iPosX   = 0.0f,                     // 横坐标
            float iPosY   = 0.0f,                     // 纵坐标
            float iHeight = 0.0f                      // 水面高度
            );
        
    void  Draw(float gameTick);                   // 绘制水面
        void  Release();                              // 资源释放
        void  BeginReflect();                         // 开启反射绘制
        void  EndReflect();                           // 停止反射绘制
        void  BeginRefract();                         // 开启折射绘制
        void  EndRefract();                           // 停止折射绘制

    private:
        
    bool  LoadContent();                          // 加载资源
        void  CreateWaterVertices();                  // 生成顶点
        void  GetParamHandles();                      // 获取特效参数句柄
        void  SetDefultParamValues();                 // 设置特效参数默认值
        void  ReSetParamValues();                     // 重设特效参数值
        void  FetchSurfaces();                        // 获取反射、折射表面

    private:
        CD3DEffect
    *         m_pWaterEffect;           // 水面特效
        IDirect3DTexture9*  m_pWaterWavTexture;       // 波纹纹理
        IDirect3DTexture9*  m_pReflectTexture;        // 反射纹理
        IDirect3DTexture9*  m_pRefractTexture;        // 折射纹理
        IDirect3DSurface9*  m_pReflectSurface;        // 反射表面
        IDirect3DSurface9*  m_pRefractSurface;        // 折射表面
        IDirect3DSurface9*  m_pOriginSurface;         // 原始表面
        IDirect3DVertexBuffer9*  m_pVB;               // 顶点缓冲
        D3DXPLANE           m_waterPlane;             // 水平面
        D3DXPLANE           m_refWaterPlane;          // 反向水平面
        D3DXMATRIX          m_worldMatrix;            // 原始世界坐标

    private:
        D3DXHANDLE          m_hWorldMatrix;           
    // 世界矩阵
        D3DXHANDLE          m_hViewMatrix;            // 摄影矩阵
        D3DXHANDLE          m_hProjMatrix;            // 投影矩阵
        D3DXHANDLE          m_hCameraPos;             // 摄影机位置
        D3DXHANDLE          m_hReflectMatrix;         // 反射矩阵
        D3DXHANDLE          m_hWaveHeight;            // 水波振幅
        D3DXHANDLE          m_hWindForce;             // 风力(水波流速)
        D3DXHANDLE          m_hWindDirect;            // 风向
        D3DXHANDLE          m_hWavTexture;            // 水波纹理
        D3DXHANDLE          m_hWavTextureUVTile;      // 水波纹理平铺次数
        D3DXHANDLE          m_hReflectTexture;        // 反射纹理
        D3DXHANDLE          m_hRefractTexture;        // 折射纹理
        D3DXHANDLE          m_hTimeTick;              // 全局时间
    };
    Water.cpp
    /*-------------------------------------

    代码清单:Water.cpp
    来自:
    http://www.cnblogs.com/kenkao

    -------------------------------------
    */

    #include 
    "StdAfx.h"
    #include 
    "Water.h"
    #include 
    "D3DGame.h"
    #include 
    "D3DCamera.h"

    extern IDirect3DDevice9 *g_pD3DDevice;
    extern CD3DCamera       *g_pD3DCamera;
    extern D3DPRESENT_PARAMETERS  g_D3DPP;
    extern D3DXMATRIX       g_matProjection;

    D3DXVECTOR4 Vector3To4(
    const D3DXVECTOR3& vector3){return D3DXVECTOR4(vector3.x,vector3.y,vector3.z,0.0f);}

    CWater::CWater(
    void) : m_pWaterEffect(NULL),
                           m_pWaterWavTexture(NULL),
                           m_pReflectTexture(NULL),
                           m_pRefractTexture(NULL),
                           m_pReflectSurface(NULL),
                           m_pRefractSurface(NULL),
                           m_pOriginSurface(NULL),
                           m_pVB(NULL)
    {
        m_pWaterEffect 
    = new CD3DEffect;
    }

    CWater::
    ~CWater(void)
    {
    }

    bool CWater::Create(float iSizeX, float iSizeY, float iPosX, float iPosY, float iHeight)
    {
        
    // 加载Shader及纹理
        if(!LoadContent())
            
    return false;
        
    // 获得折射、反射渲染表面
        FetchSurfaces();

        
    // 创建顶点缓冲
        g_pD3DDevice->CreateVertexBuffer(
            
    6 * sizeof(VertexPositionTex),
            D3DUSAGE_WRITEONLY,
            VertexPositionTex::FVF,
            D3DPOOL_MANAGED,
            
    &m_pVB,
            
    0);
        VertexPositionTex
    * pVertices;
        m_pVB
    ->Lock(0,0,(void**)&pVertices,0);

        pVertices[
    0= VertexPositionTex(iPosX, iHeight, iPosY + iSizeY, 00);
        pVertices[
    1= VertexPositionTex(iPosX + iSizeX, iHeight, iPosY + iSizeY, 10);
        pVertices[
    2= VertexPositionTex(iPosX, iHeight, iPosY, 01);

        pVertices[
    3= VertexPositionTex(iPosX + iSizeX, iHeight, iPosY + iSizeY, 10);
        pVertices[
    4= VertexPositionTex(iPosX + iSizeX, iHeight, iPosY, 11);
        pVertices[
    5= VertexPositionTex(iPosX, iHeight, iPosY, 01);

        m_pVB
    ->Unlock();
        
    // 设置摄影机反射面
        g_pD3DCamera->SetReflectPlane(iHeight);

        
    // 创建折射、反射横切面
        D3DXPlaneFromPointNormal(&m_waterPlane, &D3DXVECTOR3(iPosX,iHeight,iPosY), &D3DXVECTOR3_UP);
        D3DXPlaneNormalize(
    &m_waterPlane, &m_waterPlane);
    }

    bool CWater::LoadContent()
    {
        
    // 加载水体渲染特效
        if(!m_pWaterEffect->LoadEffect("Water.fx"))
            
    return false;

        
    // 创建纹理
        HRESULT hr = D3DXCreateTextureFromFile(g_pD3DDevice,"WaterWav.dds",&m_pWaterWavTexture);
        
    if(FAILED(hr))
            
    return false;

        
    // 获得并设置默认特效参数
        GetParamHandles();
        SetDefultParamValues();

        
    return true;
    }

    void CWater::FetchSurfaces()
    {
        
    // 创建反射纹理并获得其渲染表面
        D3DXCreateTexture(g_pD3DDevice, g_D3DPP.BackBufferWidth, g_D3DPP.BackBufferHeight, 1,
            D3DUSAGE_RENDERTARGET, D3DFMT_A8R8G8B8, D3DPOOL_DEFAULT, 
    &m_pReflectTexture);

        m_pReflectTexture
    ->GetSurfaceLevel(0&m_pReflectSurface);

        
    // 创建折射纹理并获得其渲染表面
        D3DXCreateTexture(g_pD3DDevice, g_D3DPP.BackBufferWidth, g_D3DPP.BackBufferHeight, 1,
            D3DUSAGE_RENDERTARGET, D3DFMT_A8R8G8B8, D3DPOOL_DEFAULT, 
    &m_pRefractTexture);

        m_pRefractTexture
    ->GetSurfaceLevel(0&m_pRefractSurface);

        
    // 之后将渲染表面设置为渲染目标即可针对纹理进行绘制
    }

    void CWater::GetParamHandles()
    {
        m_hWorldMatrix 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gWorld");
        m_hViewMatrix 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gView");
        m_hProjMatrix 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gProjection");
        m_hCameraPos 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gCameraPos");
        m_hReflectMatrix 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gReflectionView");
        m_hWaveHeight 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gWaveHeight");
        m_hWindForce 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gWindForce");
        m_hWindDirect 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gWindDirection");
        m_hWavTexture 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gTexture1");
        m_hWavTextureUVTile 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gTexture1UVTile");
        m_hReflectTexture 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gReflectionMap");
        m_hRefractTexture 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gRefractionMap");
        m_hTimeTick 
    = m_pWaterEffect->GetEffect()->GetParameterByName(0,"gTime");
    }

    void CWater::SetDefultParamValues()
    {
        D3DXHANDLE WaterTechnique 
    = m_pWaterEffect -> GetEffect() -> GetTechniqueByName("Water");
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetTechnique(WaterTechnique);

        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetTexture(m_hWavTexture,m_pWaterWavTexture);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetFloat(m_hWavTextureUVTile,10.0f);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetFloat(m_hWaveHeight,0.3f);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetFloat(m_hWindForce,0.02f);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetVector(m_hWindDirect,&Vector3To4(D3DXVECTOR3_OUTWARD));
    }

    void CWater::ReSetParamValues()
    {
        g_pD3DDevice
    ->GetTransform(D3DTS_WORLD,&m_worldMatrix);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetMatrix(m_hWorldMatrix,&m_worldMatrix);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetMatrix(m_hViewMatrix,&g_pD3DCamera->GetViewMatrix());
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetMatrix(m_hProjMatrix,&g_matProjection);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetVector(m_hCameraPos,&Vector3To4(g_pD3DCamera->GetCameraPos()));
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetMatrix(m_hReflectMatrix,&g_pD3DCamera->GetReflectMatrix());
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetTexture(m_hReflectTexture,m_pReflectTexture);
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetTexture(m_hRefractTexture,m_pRefractTexture);
    }

    void CWater::Draw(float gameTick)
    {
        
    // 重置特效参数
        ReSetParamValues();
        m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->SetFloat(m_hTimeTick,gameTick/800);

        
    // 应用特效
        UINT numPasses;
        m_pWaterEffect
    ->BeginEffect(numPasses);
        
    for(UINT i=0;i<numPasses;i++)
        {
            m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->BeginPass(i);

            
    // 顶点绘制
            g_pD3DDevice->SetStreamSource(0,m_pVB,0,sizeof(VertexPositionTex));
            g_pD3DDevice
    ->SetFVF(VertexPositionTex::FVF);
            g_pD3DDevice
    ->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST,0,2);

            m_pWaterEffect
    ->GetEffect()->EndPass();
        }
        m_pWaterEffect
    ->EndEffect();
    }

    void CWater::BeginReflect()
    {
        
    // 设定摄影矩阵为摄影机反视矩阵
        g_pD3DDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW,&g_pD3DCamera->GetReflectMatrix());
        
    // 设定3D设备横切面,仅反射水面之上的景象
        g_pD3DDevice->SetClipPlane(0, m_waterPlane);
        g_pD3DDevice
    ->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, D3DCLIPPLANE0);
        
    // 保留原始渲染目标
        g_pD3DDevice->GetRenderTarget(0&m_pOriginSurface);
        
    // 设定新渲染目标为反射贴图表面
        g_pD3DDevice->SetRenderTarget(0, m_pReflectSurface);
        
    // 清空反射表面缓存
        g_pD3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA(100,149,237,255), 1.0f0);
    }

    void CWater::EndReflect()
    {
        
    // 还原渲染目标
        g_pD3DDevice->SetRenderTarget(0, m_pOriginSurface);
        
    // 禁用横切面
        g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, 0);
        
    // 还原摄影矩阵
        g_pD3DDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW,&g_pD3DCamera->GetViewMatrix());
    }

    void CWater::BeginRefract()
    {
        
    // 设定3D设备横切面,仅折射水面以下的景象
        g_pD3DDevice->SetClipPlane(0-m_waterPlane);
        g_pD3DDevice
    ->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, D3DCLIPPLANE0);
        
    // 保留原始渲染目标
        g_pD3DDevice->GetRenderTarget(0&m_pOriginSurface);
        
    // 设定新渲染目标为折射贴图表面
        g_pD3DDevice->SetRenderTarget(0, m_pRefractSurface);
        
    // 清空折射表面缓存
        g_pD3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA(100,149,237,255), 1.0f0);
    }

    void CWater::EndRefract()
    {
        
    // 还原渲染目标
        g_pD3DDevice->SetRenderTarget(0, m_pOriginSurface);
        
    // 禁用横切面
        g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, 0);
    }

    void CWater::Release()
    {
        
    // 释放设备资源
        ReleaseCOM(m_pVB);
        ReleaseCOM(m_pReflectSurface);
        ReleaseCOM(m_pRefractSurface);
        ReleaseCOM(m_pReflectTexture);
        ReleaseCOM(m_pRefractTexture);
        ReleaseCOM(m_pWaterWavTexture);
        ReleaseCOM(m_pWaterEffect);
    }

    由具体的实现代码我们不难看出,本节中实现的水面,其实只是在场景中画了两个三角形构成了一个方形表面,而该表面各个点的颜色全部由相应的Shader计算得出~

    值得一提的是,我刚刚提到的水本为无色,其实并非是真正的无色,水体表面各点颜色其实是反射色跟折射色的一个叠加,借以虚拟透明效果。

    那么我们如何来获得水面个点的反射色跟折射色呢?方法也很简单。

    首先,构建一个与屏幕同样大小的纹理:

     D3DXCreateTexture(g_pD3DDevice, g_D3DPP.BackBufferWidth, g_D3DPP.BackBufferHeight, 1,
      D3DUSAGE_RENDERTARGET, D3DFMT_A8R8G8B8, D3DPOOL_DEFAULT, &m_pReflectTexture);

    而后,获得其渲染表面:

    m_pReflectTexture->GetSurfaceLevel(0, &m_pReflectSurface);

    之后,将渲染表面设定为设备新的渲染目标:

    g_pD3DDevice->SetRenderTarget(0, m_pReflectSurface);

    最后进行绘制,场景便会自动绘制到最初创建的纹理之上。而该纹理位于后台缓冲而并非显存之中,不会在屏幕立刻显现出来。所以我们可以依照此方法,事先将反射跟折射之后的场景绘制到两个后台纹理之上,而后交由Shader纹理采样,即可获得水面各点反射与折射之后应呈现的颜色。另外需要注意的是,绘制反射、折射贴图时,我们需要裁掉水面之下或之上的物体,以免出现奇怪的景象 ^ ^

    来看主体代码:

    D3DGame.cpp
    /*-------------------------------------

    代码清单:D3DGame.cpp
    来自:
    http://www.cnblogs.com/kenkao

    -------------------------------------
    */

    #include 
    "StdAfx.h"
    #include 
    "D3DGame.h"
    #include 
    "D3DCamera.h"
    #include 
    "D3DEffect.h"
    #include 
    "CoordCross.h"
    #include 
    "SimpleXMesh.h"
    #include 
    "Texture2D.h"
    #include 
    "D3DSprite.h"
    #include 
    "Skybox.h"
    #include 
    "SpriteBatch.h"
    #include 
    "BaseTerrain.h"
    #include 
    "Water.h"
    #include 
    <stdio.h>

    //---通用全局变量

    HINSTANCE  g_hInst;
    HWND       g_hWnd;
    D3DXMATRIX g_matProjection;
    D3DPRESENT_PARAMETERS g_D3DPP;

    //---D3D全局变量

    IDirect3D9       
    *g_pD3D           = NULL;
    IDirect3DDevice9 
    *g_pD3DDevice     = NULL;
    CMouseInput      
    *g_pMouseInput    = NULL;
    CKeyboardInput   
    *g_pKeyboardInput = NULL;
    CD3DCamera       
    *g_pD3DCamera     = NULL;
    CSkybox          
    *g_pSkybox        = NULL;
    CBaseTerrain     
    *g_pBaseTerrain   = NULL;
    CWater           
    *g_pWater         = NULL;

    // 场景绘制
    void DrawScene(bool isReflect,bool isRefract);

    void Initialize(HINSTANCE hInst, HWND hWnd)
    {
        g_hInst 
    = hInst;
        g_hWnd  
    = hWnd;
        InitD3D(
    &g_pD3D, &g_pD3DDevice, g_D3DPP, g_matProjection, hWnd);
        g_pMouseInput 
    = new CMouseInput;
        g_pMouseInput
    ->Initialize(hInst,hWnd);
        g_pKeyboardInput 
    = new CKeyboardInput;
        g_pKeyboardInput
    ->Initialize(hInst,hWnd);
        g_pD3DCamera 
    = new CD3DCamera;
    }

    void LoadContent()
    {
        g_pD3DCamera
    ->SetCameraPos(D3DXVECTOR3(600.0f,0.0f,600.0f));

        g_pSkybox 
    = new CSkybox;
        g_pSkybox
    ->Create("Skybox_0.JPG","Skybox_1.JPG","Skybox_2.JPG"
            ,
    "Skybox_3.JPG","Skybox_4.JPG","Skybox_5.JPG");

        g_pBaseTerrain 
    = new CBaseTerrain;
        g_pBaseTerrain
    ->Create(128,128,10,"HeightData_128x128.raw","Grass.dds");

        g_pWater 
    = new CWater;
        g_pWater
    ->Create(1280,1280,0.0f,0.0f,40.0f);
    }

    void Update(float gameTick)
    {
        g_pMouseInput
    ->GetState();
        g_pKeyboardInput
    ->GetState();

        
    // 更新摄影机高度
        D3DXVECTOR3 CameraPos = g_pD3DCamera->GetCameraPos();
        
    float roleHeight = 25.0f;
        
    float Ty = g_pBaseTerrain->GetExactHeightAt(CameraPos.x,CameraPos.z) + roleHeight;
        g_pD3DCamera
    ->SetCameraPos(D3DXVECTOR3(
            CameraPos.x,
            Ty,
            CameraPos.z));

        g_pD3DCamera
    ->Update();
    }

    void Draw(float gameTick)
    {
        g_pD3DDevice
    ->SetTransform(D3DTS_VIEW,&g_pD3DCamera->GetViewMatrix());
        
    if(SUCCEEDED(g_pD3DDevice->BeginScene())) 
        {
            
    // 开启反射绘制
            g_pWater->BeginReflect();
            
    // 绘制场景
            DrawScene(true,false);
            
    // 结束反射绘制
            g_pWater->EndReflect();

            
    // 开启折射绘制
            g_pWater->BeginRefract();
            
    // 绘制场景
            DrawScene(false,true);
            
    // 结束折射绘制
            g_pWater->EndRefract();

            g_pD3DDevice
    ->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA(100,149,237,255), 1.0f0);
            
    // 真正的绘制场景
            DrawScene(false,false);
            
    // 绘制水体表面
            g_pWater->Draw(gameTick);

            g_pD3DDevice
    ->EndScene();
        }
        g_pD3DDevice
    ->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
    }

    void DrawScene(bool isReflect,bool isRefract)
    {
        g_pSkybox
    ->Draw(isReflect,isRefract);
        g_pBaseTerrain
    ->Draw();
    }

    void UnloadContent()
    {
        ReleaseCOM(g_pWater);
        ReleaseCOM(g_pBaseTerrain);
        ReleaseCOM(g_pSkybox);
    }

    void Dispose()
    {
        ReleaseCOM(g_pD3DCamera);
        ReleaseCOM(g_pKeyboardInput);
        ReleaseCOM(g_pMouseInput);
        ReleaseCOM(g_pD3DDevice);
        ReleaseCOM(g_pD3D);
    }

    由此不难看出,水面效果的实现,其实前后总共绘制了3次场景,反射、折射各一次,最后一次是绘制真正的场景绘制。

    最后需要补充说明两点:

    1>需要摄影机提供反射数据计算。

    UpdateCamera函数最后,我们补充如下代码:

     //---计算镜像数据
     m_reflectPosition = m_cameraPosition;
     m_reflectPosition.y = 2 * m_refPlaneHeight - m_reflectPosition.y;

     D3DXVECTOR3 m_reTarget = m_cameraTarget;
     m_reTarget.y = 2 * m_refPlaneHeight - m_reTarget.y;

     D3DXVECTOR3 m_reUp = m_cameraUp;
     D3DXVec3TransformCoord(&m_reUp,&D3DXVECTOR3_UP,&diff);
     D3DXMatrixLookAtLH(&m_reflectMatrix,&(m_reflectPosition + Adiff),&m_reTarget,&m_reUp);

    2>天空盒要对反射动作、裁剪动作做出“适应”。

    如我们所知,天空盒并非一个无限大的区域;正相反,其实只是一个【很小的区域】【永远跟随摄影机移动】而已。因此,渲染反射贴图时,天空盒所处位置应为摄影机景象位置。渲染反射跟折射贴图时,天空盒要“无视”裁剪动作。

    void CSkybox::Draw(bool isReflect,bool isRefract)
    {
     // 绘制之前,根据摄影机位置,更新世界矩阵
     D3DXVECTOR3 centerPos;
     D3DXPLANE   refPlane;

     // 如果需要反射则重置天空中心为摄影机镜像位置
     if(isReflect)
      centerPos = g_pD3DCamera->GetReflectPos();
     else
      centerPos = g_pD3DCamera->GetCameraPos();

     D3DXMatrixTranslation(&m_WorldTransMatrix,centerPos.x,centerPos.y,centerPos.z);
     g_pD3DDevice->GetTransform(D3DTS_WORLD, &m_OriWorldTransMatrix);
     g_pD3DDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, &m_WorldTransMatrix);

     // 禁用深度缓冲
     g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_FALSE);

     // 禁用背面剔除
     g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE);

     // 横切面设置对天空盒无效
     if(isReflect||isRefract)
     {
      g_pD3DDevice->GetClipPlane(0, (float*)&refPlane);
      g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, 0);
     }

     // 更改采样方式,平滑纹理间过度
     g_pD3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_ADDRESSU, D3DTADDRESS_CLAMP);
     g_pD3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_ADDRESSV, D3DTADDRESS_CLAMP);

     // 分6次绘制天空盒6个面
     for (int i=0;i<6;i++)
     {
      // 应用纹理
      g_pD3DDevice->SetTexture(0, m_ppTextureArray[i]->GetTexture());
      // 应用顶点格式
      g_pD3DDevice->SetFVF(VertexSkybox::FVF);
      // 绘制一个面的4个顶点
      g_pD3DDevice->DrawIndexedPrimitiveUP(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 4, 2, &m_pIndices[0],
       D3DFMT_INDEX16, &m_pVertex[i * 4], sizeof(VertexSkybox));
     }

     // 还原默认采样方式
     g_pD3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_ADDRESSU, D3DTADDRESS_WRAP);
     g_pD3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_ADDRESSV, D3DTADDRESS_WRAP);

     if(isReflect||isRefract)
     {
      g_pD3DDevice->SetClipPlane(0, refPlane);
      g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CLIPPLANEENABLE, D3DCLIPPLANE0);
     }

     // 重用背面剔除
     g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW);

     // 重用深度缓冲
     g_pD3DDevice->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);
     
     // 还原世界矩阵
     g_pD3DDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, &m_OriWorldTransMatrix);

    }

    最后是效果图:

    水面反射出的倒影

    水面折射出水底的景象

    阳光下波光粼粼的效果

    一个冲积形成的小水潭 ^ ^

    总结:本节涉及内容较之前几篇出现了较大的跳跃。较难的几点,诸如Shader编写、法线贴图运用等等大家可以先往后放;后台纹理创建、缓冲表面获取等方法应力求掌握——此为后期场景特效处理及PostProcess特效框架构建的基础。

    另:本节中的水面虽然华丽,但损失了部分性能——场景被绘制3次。实际运用过程中,我们应以性能为优先,兼顾效果。常见的简化手法诸如舍弃折射效果等等,留待后续做进一步讨论~

    以上,谢谢 ^ ^

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