游戏设计颜色和灯光.ppt

M Lecture5Color Lighting 颜色和光照 Contents ColorRepresentationShadingLightComponentsMaterialsVertexNormalsLightSourcesSampleApplications M ColorRepresentation 在Direct3D中 颜色是使用RGB Red Green Blue 三部分来描述的 这三个分量通过加性混合 additive 决定了最终颜色 可以表示上百万种颜色 两种不同的存储RGB数据的结构 1 D3DCOLOR 实际上一个DWORD 32位 类型 在D3DCOLOR类型中的这些位按照8 bit被分为4个部分 每一部分存储的是该色的亮度值 每种颜色占用内存的一个字节 各颜色亮度值的取值范围是0 255 这个值越接近0就越暗 越接近255就越亮 M ColorRepresentation D3DCOLOR赋值宏D3DCOLOR ARGB 完成指定每个颜色分量并且把它放到D3DCOLOR中适当位置的任务 宏D3DCOLOR XRGB M D3DCOLORbrightRed D3DCOLOR ARGB 255 255 0 0 D3DCOLORsomeColor D3DCOLOR ARGB 255 144 87 201 defineD3DCOLOR XRGB r g b D3DCOLOR ARGB 0 xff r g b ColorRepresentation 2 D3DCOLORVALUE 使用一个浮点数来表示每一部分的亮度值 其取值范围是0 1 0表示没有亮度 1表示最大亮度 M typedefstruct D3DCOLORVALUE floatr theredcomponent range0 0 1 0floatg thegreencomponent range0 0 1 0floatb thebluecomponent range0 0 1 0floata thealphacomponent range0 0 1 0 D3DCOLORVALUE 可以使用结构D3DXCOLOR替代D3DCOLORVALUE 前者不仅包含与后者相同的数据成员 还提供了一组有用的构造函数和重载运算符 为颜色运算提供了便利 两种结构可以相互转换 ColorRepresentation 顶点颜色图元的颜色是由构成它的顶点的颜色决定的 因此 必须把一个颜色成员加入到我们的顶点数据结构中 注意 D3DCOLORVALUE类型不能用在这里 因为Direct3D希望用一个32位的值来描述顶点的颜色 M Shading 着色处理发生在光栅化和指定图元上的顶点颜色怎样被计算成像素颜色之间 目前使用2种着色模式 平面着色 flatshading Gouraud着色 Gouraudshading 平面着色 图元像素的颜色是均匀的 且只指定图元第一个顶点的颜色 因此一旦三角形的第一个顶点被指定成红色 那么它的其他两个顶点也将会是红色而忽略其他顶点颜色 平面着色使物体呈现是斑驳的 因为没有从一个颜色到另一个颜色的平滑过渡 Gouraud着色 平滑着色 图元表面的颜色是由每个顶点通过线性插值来获得 M LightComponents 为了提高场景的真实性 我们可以为其加入灯光 灯光也能帮助表现物体的立体感以及物体的体积 当使用灯光时 我们不再自己指定顶点的颜色 Direct3D中每个顶点都通过灯光引擎来计算顶点颜色 该计算是基于定义的灯光资源 材质以及灯光资源关心的表面方向 通过灯光模型计算顶点颜色会得到更真实的场景 M LightComponents 在Direct3D灯光模型中 灯光是通过灯光资源的三个成员之一来照射的 即有三种灯光 环境光 AmbientLight 这种类型的灯光将被其他所有表面反射且被用在照亮整个场景 例如 物体的各部分都被照亮 对于一个角度 甚至穿过不在光源直接照射的地方他们都能被照亮 漫反射 DiffuseReflection 这种灯光按特殊方向传播 当它照射到一个表面 它将在所有方向上均匀的反射 因为漫射光在所有方向上都均匀的反射 被反射的光线将到达眼睛而与观察点无关 因此我们不必为观察者考虑 因而 漫射光仅仅需要考虑灯光方向和表面的姿态 这种灯光将成为你的资源中照射的普通灯光 M LightComponents 镜面反射 SpecularReflection 这种灯光按照特殊方向传播 当它照射到一个表面时 它严格地按照一个方向反射 这将产生一个明亮的光泽 它能在某角度被看见 因为这种灯光在一个方向反射 所以观察点必须考虑灯光的方向和表面姿态 且必须按照镜面灯光等式来考虑 镜面灯光被用在物体上产生高光的地方 这种光泽只有在灯光照射在磨光的表面上才会产生 镜面光比其他灯光类型要求更多的计算 因此 Direct3D提供了一个开关选择 实际上 它默认是被关闭的 要使用镜面光你必须设置D3DRS SPECULARENABLE渲染状态 M Device SetRenderState D3DRS SPECULARENABLE true LightComponents 每一种灯光都是通过D3DCOLORVALUE结构或者描述灯光颜色的D3DXCOLOR来描绘的 M D3DXCOLORredAmbient 1 0f 0 0f 0 0f 1 0f D3DXCOLORblueDiffuse 0 0f 0 0f 1 0f 1 0f D3DXCOLORwhiteSpecular 1 0f 1 0f 1 0f 1 0f 在D3DXCOLOR类中的alpha值用在描述灯光颜色时是被忽略的 Materials 在现实世界中我们看到的物体颜色将由物体反射回来的灯光颜色来决定 比如 一个红色的球是红色的 因为它吸收除红色光之外的所有灯光颜色 红色光是被球反射回来进入我们眼睛的 因此我们看到的球是红色的 Direct3D通过定义物体材质来模拟这些所有的现象 材质允许我们定义表面反射灯光的百分比 材质是通过D3DMATERIAL9结构描述的 M typedefstruct D3DMATERIAL9 D3DCOLORVALUEDiffuse 指定此表面反射的漫射光数量D3DCOLORVALUEAmbient 指定此表面反射的环境光数量D3DCOLORVALUESpecular 指定此表面反射的镜面光数量D3DCOLORVALUEEmissive 给表面添加颜色floatPower 指定锐利的镜面高光 D3DMATERIAL9 例如 想得到一个红色的球 我们将定义球的材质来只反射红光吸收其他颜色的所有光 D3DMATERIAL9red ZeroMemory 设置绿色和蓝色的值为0 这表明材质反射0 此颜色的光 我们设置红色为1 表示材质反射100 的红光 假如我们定义一个只发出蓝色光的光源 对球的光照将失败因为蓝色光将被全部吸收而没有红光被反射 当物体吸收了所有光以后 物体看起来就为黑色 同样的 当物体反射100 的红 绿和蓝光 物体就将呈现为白色 Materials 顶点结构没有材质属性 一个通用的材质必须被设置 设置它我们使用IDirect3DDevice9 SetMaterial CONSTD3DMATERIAL9 pMaterial 方法 假设我们想渲染几个不同材质的物体 M D3DMATERIAL9blueMaterial redMaterial setupmaterialstructuresDevice SetMaterial redsphere VertexNormals 面法线 facenormal 是描述多边形表面方向的一个向量顶点法线 Vertexnormals 也是基于同样的概念 描述构成多边形的各个顶点的法线 M VertexNormals 顶点法线和面法线Direct3D需要知道顶点法线以便它能够确定灯光照射到物体表面的角度 并且一旦计算了每个顶点的灯光 Direct3D需要知道每个顶点的表面方向 注意顶点法线不一定和面法线相同 M 顶点法线 面法线 VertexNormals 为了描述顶点的顶点法线 必须修改顶点结构 M structVertex float x y z float nx ny nz staticconstDWORDFVF constDWORDVertex FVF D3DFVF XYZ D3DFVF NORMAL Noticethatthecolormemberareremoved VertexNormals 顶点法线的计算 假设一个由p0 p1 p2构成的三角形 我们需要计算每个顶点的法线n0 n1 n2p1 p0 u p2 p0 v n u v n0 n1 n2 n当用三角形近似表示曲面时 使用面法线作为顶点法线不能表现一个平滑的结果 一个更好的方法是找到顶点法线的平均法线 为了找到顶点v的顶点法线vn 我们找到网格模型中所有三角形的面法线记为顶点v vn是通过计算他们的平均面法线得到的 M 假设有3个三角形它们的面法线分别是n0 n1 n2 指定为顶点v 那么vn的平均法线就是 Vn 1 3 n0 n1 n2 VertexNormals 顶点法线的规范化 M Device SetRenderState D3DRS NORMALIZENORMALS true LightSources 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 和 角度 描述内圆锥 描述外圆锥 M LightSources Direct3D光源表示 M typedefstruct D3DLIGHT9 D3DLIGHTTYPEType 定义灯光类型 D3DLIGHT POINT D3DLIGHT SPOT D3DLIGHT DIRECTIONALD3DCOLORVALUEDiffuse 此光源发出的漫射光颜色D3DCOLORVALUESpecular 镜面光颜色D3DCOLORVALUEAmbient 环境光颜色D3DVECTORPosition 用一个向量来描述光源世界坐标位置D3DVECTORDirection 用一个向量来描述光源世界坐标照射方向floatRange 灯光能够传播的最大范围floatFalloff 只用于聚光灯 定义灯光从内圆锥到外圆锥间的强度衰减floatAttenuation0 floatAttenuation1 floatAttenuation2 上述三个变量为衰减变量 被用来定义灯光强度的传播距离衰减 floatTheta 只用于聚光灯 指定内圆锥的角度 单位是弧度floatPhi 只用于聚光灯 指定外圆锥的角度 单位是弧度 D3DLIGHT9 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 衰减公式为 D是代表到光源的距离 A0 A1 A2与Attenuation0 1 2相匹配 LightSources 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灯光注册后 使用下面的代码来开或关灯光 M Device SetLight 0 elementinthelightlisttoset rangeis0 maxlights addressoftheD3DLIGHT9structuretoset Device LightEnable 0 theelementinthelightlisttoenable disabletrue true enable false disable SampleApplications Example M Summary Colorsaredescribedbyspecifyinganintensityofred green andblue Theadditivemixingofthesethreecolorsatdifferentintensitiesallowsustodescribemillionsofcolors InDirect3D wecanusetheD3DCOLOR theD3DCOLORVALUE ortheD3DXCOLORtypetodescribeacolorincode Withflatshading thepixelsofaprimitiveareuniformlycoloredbythecolorspecifiedinthefirstvertexoftheprimitive WithGouraudshading thecolorsateachvertexareinterpolatedlinearlyacrossthefaceoftheprimitive M Summary Direct3Dsupportsthreelightsourcemodels directionallights pointlights andspotlights