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学 习 汇 报,DirectX简介 Direct3D基本知识 Direct3D绘制流水线 Direct3D光照及材质 Direct3D纹理基础 Mesh网格 示例程序 在WorldWind球体中渲染图形,提纲,DirectX DirectX是由微软公司开发的一种多媒体编程接口，它可让以windows为平台的游戏或多媒体程序获得更高的执行效率，加强3D图形的显示及其声音效果。 目前很多游戏的开发都是使用DirectX. DirectX软件开发工具包（SDK）目前最高版本是DirectX 11.,DirectX简介,DirectX的组件 DirectDraw：通过直接访问显示硬件来提供高级的图象处理能力。 Direct3D：三维图形的处理与显示，与OpenGL功能一样强大。 DirectSound：提供延时的低音混合系统，支持硬件加速与声音设备的直接访问 另外，DirectX还有DirectPlay，DirectMusic，DierctInput，DirectShow等组件。,DirectX简介,Direct3D基本知识,顶点 顶点代表相对于坐标系原点的位置信息，顶点的位置信息一般用Vector3结构表示。 顶点格式 Direct3D中常用的顶点格式： PositionColored 、PositionNormal 、PositionOnly、PositionColoredTextured 、PositionNormalTextured 、 TransformedColored 等，其中Position、Normal、Color、Textured分别表示顶点的位置、法线、颜色、纹理坐标等信息，Transformed表示已经转换到屏幕坐标。 顶点坐标变换 Vector3.TransformCoordinate(Vector3 v, Matrix m),Direct3D基本知识,向量 向量代表一个有方向和长度的对象，与坐标系原点无关，一般用Vector3结构表示。 向量的运算 点乘 float d=Vector3. Dot(Vector3 v1,Vector3 v2); 叉乘 Vector3 v=Vector3.Cross(Vector3 v1,Vector3 v2); 单位化Vector3.Normalize(); 长度 Vector3.Length(); 夹角 Vector3 v1,v2;v1.Normalize();v2.Normalize(); return Math.Acos(Vector3.Dot(v1,v2);,Direct3D基本知识,法线 法线是一个向量，对于平面来说它是垂直于平面的一个单位向量，一个平面的法线可以使用平行于该平面的两个向量的叉积计算得来。如假设一个三角面的三个顶点为V1，V2，V3则 V12=V2-V1; V13=V3-V1; Vector3 normal=Vector3.Cross(V12,V13); normal. Normalize(); 矩阵运算 单位阵 Matrix.Identity; 逆矩阵 Matrix.Invert(Matrix source);,Direct3D基本知识,矩阵的基本变换 平移及平移矩阵,缩放及缩放矩阵,旋转及旋转矩阵,组合变换,Direct3D基本知识,基本图元 图元(primitives)是Direct3D中定义的基本图形表示，它是组成一个单一实体 基本单元。 图元类型 PrimitiveType.PointList/LineList/LineStrip/TriangleList/ TriangleStrip/TriangleFan,Direct3D基本知识,顶点索引 什么情况下建立顶点索引？ 当绘制一个比较复杂的图形时，众多三角形单元之间会共享许多公共顶点，这样会浪 费大量的内存空间和系统带宽。 LineList, TriangleList两种图元类型需要建立顶点索引 索引意义: 1.减少显存占用 2.减少绘制次数(DrawIndexedPrimitives) VertexBuffer与IndexBuffer VertexBuffer是用于存放顶点数据的一块内存。 IndexBuffer就是一块保存了顶点数据索引的缓冲。,Direct3D绘制流水线,绘制流水线 把三维场物体在二维的屏幕中显示出来，要经过一系列的变换（世界、观察、投影变换），这一过程称为绘制流水线。 世界变换 将模型局部坐标系的坐标通过旋转、平移、缩放变换为世界坐标系中的坐标。 观察变换 观察变换是将世界坐标系中的坐标变换为观察者坐标系中的坐标，这为投影变换做准备,因为经过此次变换后观察者在坐标原点，Z轴坐标表示的是到观察者的距离，投影面平行于XY平面。观察矩阵的计算： Matrix.LookAtLH(CamPos, CamTarget , up);/左手坐标系,Direct3D绘制流水线,投影变换 将观察者坐标系中的坐标变换为投影坐标系中的坐标，即将3D模型投影到XY平面上。投影矩阵的计算： Matrix.PerspectiveFovLH(fieldOfViewY，aspectRadio ，znear，zfar);/左手坐标系,如图所示，O为观察者的位置，屏幕上最终显示的是ABCD和ABCD两个平面之间的模型。 fieldOfViewY 视场角 aspectRadio 纵横比 znear，zfar 近远平面距离,Direct3D光照,光照计算模型 环境光、漫反射光、镜面反射光和自发光。 光源类型 点光源：有颜色和位置，但没有方向，它向所有方向发射的 光都一样 方向光：有颜色和方向，但没有位置 聚光灯：有颜色、方向和位置，类似于现实生活中的聚光灯,Direct3D材质,材质(Material) 环境光颜色(Ambient) 漫反射颜色(Diffuse) 镜面反射颜色(Specular) 自发光颜色(Emissive) 物体的颜色 物体最终呈现的颜色与法线有关,光照的方向如果与法线的方向一致,则表示 物体没有被光照射到,呈现黑色。 光与材质的共同作用决定物体最终的颜色。 被光照射到的物体表面会吸收掉部分光线，也会反射部分光线。简单的说， 白色物体会反射全部光线，黑色物体会吸收所有光线。光线被物体表面反射 后，到达镜头的光线强度就是最终的光照结果；物体表面的纹理和材质就是 用来设置物体反射光线的能力。,Direct3D纹理基础,常用纹理格式 bmp,jpg,png,tga,dds等。 纹理坐标纹理元素在位图中的二维坐标 纹理坐标用U,V表示，U代表水平方向，V代表竖直方向。 一般情况下，使用相对纹理坐标，相对纹理坐标值在0.0，1.0范围内，例如在宽、高分别为100、80像素的位图中，第5列、第4行的纹理元素P的实际纹理坐标和相对纹理坐标分别是：,Mesh网格,Mesh类 在Direct3D中，许多模型对象都可以直接通过Mesh网格来绘制，如Mesh.Box、Mesh.Sphere、Mesh.Teapot等。 Mesh meshObject; /定义一个Mesh对象 /绘制一个棱长为4的正方体 meshObject = Mesh.Box(device,4.0f,4.0f,4.0f); /绘制一个茶壶 meshObject = Mesh.Teapot(device); Mesh类还提供了一些从外部文件导入网格的方法，其中的FromFile()方法可以从.X文件导入网格。以下为导入名为plane.X的模型文件的代码： Mesh.FromFile(“plane.x”,MeshFlags.SystemMemory,device);,示例程序,Direct3D设备的创建(DirectXWindow.cs) PresentParameters presentParams = new PresentParameters(); /以窗口模式显示 presentParams.Windowed = true; /后备缓存交换的方式，绘制完成后从内在清除 presentParams.SwapEffect = SwapEffect.Discard; / 允许使用自动深度测试 presentParams.EnableAutoDepthStencil = true; /深度缓存单元为16位二进制数 presentParams.AutoDepthStencilFormat = DepthFormat.D16; /实例化设备类对象 drawArgs.LocalDevice = new Device(0, DeviceType.Hardware, this, CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, presentParams);,示例程序,设置变换矩阵(DirectXWindow.cs) /相机位置 drawArgs.CameraPosition = new Vector3(0, 3, 5); /相机目标位置 drawArgs.CameraTarget = new Vector3(0, 0, 0); /世界变换矩阵 drawArgs.LocalDevice.Transform.World = Matrix.Identity; /观察矩阵 drawArgs.LocalDevice.Transform.View=Matrix.LookAtLH( drawArgs.CameraPosition, drawArgs.CameraTarget, new Vector3(0, 1, 0); /投影矩阵 drawArgs.LocalDevice.Transform.Projection=Matrix.PerspectiveFovLH( (float)Math.PI / 4, this.Width/this.Height, 0.1f, 100);,示例程序,创建顶点缓冲(Lighting3DBox.cs) /实例化顶点缓冲 m_vertexBuffer = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored), 8, drawArgs.LocalDevice, Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly, CustomVertex.PositionColored.Format, Pool.Default); /定义PositionColored 格式的顶点 CustomVertex.PositionColored verts= newCustomVertex.PositionColored8; verts0.Position = new Vector3(3, 2, 0);/顶点位置 verts0.Color = Color.Yellow.ToArgb();/顶点颜色 verts7.Position = new Vector3(4, 1, 0);/顶点位置 verts7.Color = Color.Yellow.ToArgb();/顶点颜色 /为顶点缓冲区填充数据 m_vertexBuffer.SetData(verts, 0, LockFlags.None);,示例程序,创建索引缓冲(Lighting3DBox.cs) /实例化索引缓冲 m_indexBuffer = new IndexBuffer(typeof(int), 36, drawArgs.LocalDevice, Usage.WriteOnly, Pool.Default); /定义索引 int indices = new int 0, 1, 3, /绘制第一个三角形的索引 7, 6, 5 /绘制第八个三角形的索引 ; /为顶点缓冲区填充数据 m_indexBuffer.SetData(indices,0,LockFlags.None);,示例程序,Render方法(Lighting3DBox.cs) /设置背面剔除模式（有三种模式Clockwise,CounterClockwise,None） drawArgs.LocalDevice.RenderState.CullMode = Cull.None; /设置填充模式（有点、线、面三种模式） drawArgs.LocalDevice.RenderState.FillMode = FillMode.Solid; /设置顶点格式 drawArgs.LocalDevice.VertexFormat=CustomVertex.PositionColored.Format; /设置数据来源 drawArgs.LocalDevice.SetStreamSource(0, m_vertexBuffer, 0); /设置索引缓冲区 drawArgs.LocalDevice.Indices = m_indexBuffer; /绘图 drawArgs.LocalDevice.DrawIndexedPrimitives( PrimitiveType.TriangleList, 0, 0, 8, 0, 12);,示例程序,设置光照 (Lighting3DBox.cs) /开启渲染设备的灯光 drawArgs.LocalDevice.RenderState.Lighting = true; /设置0号灯光的类型为平行光 drawArgs.LocalDevice.Lights0.Type = LightType.Directional; /光照的漫反射颜色 drawArgs.LocalDevice.Lights0.Diffuse = System.Drawing.Color.White; /此处设置光照的方向为摄像机到摄像机目标的方向 drawArgs.LocalDevice.Lights0.Direction = drawArgs.CameraTarget - drawArgs.CameraPosition; /打开0号灯光 drawArgs.LocalDevice.Lights0.Enabled = true; /设置1号灯光的类型为点光源 drawArgs.LocalDevice.Lights1.Type = LightType.Point; ,示例程序,设置材质 (Lighting3DBox.cs) m_material = new Material(); /设置环境光 m_ma