清华大学DirectX游戏编程第14章(全20章)

1、2,第14章 基本地形渲染,本章将讲述如何实现一个简单的地形类。 主要目标： 学习如何生成渲染地形需要的高度信息，高度信息将用于在程序中模拟山峰、峡谷等自然地形。 理解怎样生成代表地形的顶点和三角形数据。 学习地形纹理设置和为地形打光的方法。 学习如何在地形渲染中控制摄像机位置，模拟人在场景中行走和奔跑的效果。,3,14.1 高 度 图,高度图用来描述地形的高度信息。高度图实际上是一个数组，数组中的每个元素都存储着地形网格中对应顶点的高度数据 将高度图数据读入内存时，通常为图中的每个元素分配一个字节的内存，这样高度的范围就是0255。 图14.2展示了用作高度图的灰度图。,4,14.1.1 高

2、度图的创建,高度图可以通过程序生成，或者通过Adobe Photoshop这样的图像处理软件来制作。 图14.3展示了用Adobe Photoshop创建的金字塔地形。,5,14.1.2 读取RAW文件,由于RAW文件中的数据仅仅是连续的字节块的集合，可以用下面的方法方便地得到其中的数据。这里变量_heightmap是Terrain类的成员，其声明如下： 参见教材P209 注意这里把存储BYTE数据的vector里的数据拷贝到存储int数据的vector里，这样就可以扩大高度数据，使其超出0255的限制。,6,14.1.3 高度图的访问和修改,Terrain类提供下面两个方法来访问和修改高度图

3、中的元素： int Terrain:getHeightmapEntry(int row, int col) return _heightmaprow * _numVertsPerRow + col; void Terrain:setHeightmapEntry(int row, int col, int value) _heightmaprow * _numVertsPerRow + col = value; ,7,14.2 生成地形几何数据,图14.4展示了地形的一些属性、术语和需要使用到的特殊顶点。 Terrain类的定义如下： 参见教材P211 通过构造函数传入的值，可以计算出地形需要的

4、其他变量： 参见教材P212 顶点结构声明如下： 参见教材P212,8,14.2.1 计算顶点,下面需要计算的是纹理坐标，参照图14.5，通过它可以看出(u, v)纹理坐标和地形的顶点(i, j)的对应关系： 生成顶点的代码如下： 参见教材P213,9,14.2.2 计算索引定义三角形,为计算三角网格中的顶点索引，只需从左上角到右下角遍历每个方格，然后计算组成这个方格的两个三角形的顶点索引值，参照图14.6。,10,14.2.2 计算索引定义三角形,通过图14.6发现在第i行第j列的方格具有以下性质： 参见教材P215 生成索引值的代码： 参见教材P215,11,14.3 纹 理,Terrai

5、n类提供了两种方法来为地形加上纹理，较简单的方法是载入并使用一个先前做好的纹理图。 Terrain类中实现了下面的方法，把图片文件中的纹理数据载入到IDirect3DTexture9对象中，并使用_tex指针指向它。Terrain:draw方法在渲染地形之前将会设置_tex的值。 这里给出该函数的具体实现，其过程非常简单： 参见教材P216,12,14.3.1 用程序生成纹理数据,另一种给地形贴上纹理的方法是用程序计算纹理数据，也就是说先创建一个“空”的纹理，然后在代码中按照一些预定义的参数来计算每一个纹素的颜色值。 通过用Terrain:genTexture方法创建纹理：首先调用D3DXCr

6、eateTexture创建一个空的纹理，然后锁定最高级别的数据区，遍历每个纹素并设置它的颜色值。 Terrain:genTexture方法也同时会计算mipmap纹理。用D3DXFilterTexture函数可以完成这个任务，genTexture方法的实现代码如下： 参见教材P216,13,14.4 光 照,Terrain:genTexture方法里会调用Terrain:lightTerrain方法，这个方法为地形增加了光照效果，从而使渲染的真实感更强。 为什么要照亮所渲染的地形呢，而且为什么不让Direct3D来处理光照呢？我们自己来进行这种计算会有如下的三个好处： 不用保存顶点法线的信息，

7、节省内存。 由于地形一般是静态的，光源的位置也不会改变，因此预先计算好光照，就可以省下Direct3D实时为地形计算光照的时间。 顺便做一些数学练习，熟悉基本的光照理论，练习使用Direct3D的函数。,14,14.4.1 概述,这项用来计算地形阴影的光照技术是最基础的技术之一，被称为散射光照技术。设置一个平行光源，并指定它的方向与从光源发出的光线的方向相反。 从图14.7可以看到这个角度越大，方格就越背离光源，得到的光照就越少。 通过光照向量和表面法线向量之间的角度关系，可以构建一个阴影因子，它的取值范围为0, 1，并决定表面获得的光照量。,15,14.4.2 计算方格的阴影,首先需要在方格

8、表面中找到两个向量，它们非零而且互相不平行，这就是图14.8中的u和v： 通过Terrain:computeShade方法来计算指定方格的阴影因子。它的3个参数分别是指定方格的行数、列数和光源的方向： 参见教材P220,16,14.4.3 计算地形阴影,只需简单地遍历每一个方格，为每一个方格计算对应的纹理元素的阴影因子，并用纹素中的颜色值乘以这个因子，这样就能使光照少的方格变得暗一些。 下面的代码片段展示了Terrain:lightTerrain方法的重要部分： 参见教材P221,17,14.5 在地形上“行走”,为了得到Y轴高度，首先根据摄像机的X、Z坐标找出当前所在的方格。通过Terrai

9、n:getHeight函数可以实现这个功能，它以摄像机的X、Z坐标为参数，返回摄像机所在地面的高度值。具体的实现如下： float Terrain:getHeight(float x, float z) / 通过XZ平面上的平移，使地形的起始位置回到原点 x = (float)_width / 2.0f) + x; z = (float)_depth / 2.0f) - z; / 通过把X，Z坐标除以_cellSpacing，使每个方格的宽度变成“单位1” x /= (float)_cellSpacing; z /= (float)_cellSpacing;,18,14.5 在地形上“行走”,

10、首先，通过xz平面上的平移，使地形的起始位置回到原点。图14.9为转换前后的地形对比：地形起点回到原点，方格宽度变为1，+Z轴指向下方。 行数就是x的整数部分，列数就是z的整数部分。函数floor(T)将返回不大于t的最大整数。,19,14.5 在地形上“行走”,下面的任务就是找到摄像机X、Z坐标所在方格的高度(Y轴的高度)。这就需要一些技巧了，因为方格可能在两个方向上都是倾斜的，请参看图14.10。 图14.11展示了转化后的方格。,20,14.5 在地形上“行走”,图14.12(b)展示了这个插值点，那么向量(q + dxu + dzv)的y分量就是X、Z坐标处的高度值 Terrian:g

11、etHeight最后一部分代码如下： 参见教材P224 这里面Lerp函数实现的是基本的一维线性插值运算： float d3d:Lerp(float a, float b, float t) return a - (a*t) + (b*t); ,21,14.6 Terrain示例程序,本章的示例程序通过给定的包含高度数据的RAW文件创建了一个地形，并计算其纹理和光照。 首先，加入了下面的全局变量来描述地形、摄像机以及帧速计数器： Terrain *TheTerrain = 0; Camera TheCamera(Camera:LANDOBJECT); FPSCounter *FPS = 0;

12、下面是主要框架的代码： 参见教材P225,22,14.7 一些改进措施,你可以通过把地形分成一个矩阵，这种矩阵被称为“Blocks”。每一个Block代表了地形的一个矩形区域。此外，每一个Block也包含了这一个Block所代表地形区域的几何信息(这些数据存储在这个Block自己的顶点/索引缓冲中)。每一块Block都负责渲染它自身也就是整个Terrain的一个部分。 还有一种方法就是用ID3DXMesh接口来装载地形几何信息，然后用D3DX库的函数D3DXSplitMesh把地形网格分成各个小的网格。 D3DXSplitMesh的原型如下： 参见教材P227,23,14.8 小 结,可以用具有不同高度、不同颜色的三角形网格来创建高山和低谷，以此模拟一个真实的地形。 高度图是一个储存了地形各个顶点高度数据的数据集合。 可以用硬盘上的