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DirectX11 山峰与河谷示例Demo

sinat_24229853 分享于 2015-10-01

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骷髅头示例Demo 1. 文件格式 虽然对于本书的某些示例来说,盒子、网格、球和圆柱形就足够了,但是还有些示例要绘制更加复杂的几何体。本书的后面我们会介绍如何

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山峰与河谷示例Demo

1. 山峰与河谷示例Demo原理

本章还包含了一个“山峰与河谷”的例子,完整项目源代码请在DirectX11龙书源代码网站下载,建议使用VS来阅读源代码。它使用了与颜色立方体演示程序相同的Direct3D方法,只是它绘制的几何体更复杂一些。它主要讲解的是如何使用代码来生成三角形网格;这种几何体在实现地形渲染和水体渲染时非常有用。

实数函数y = f(x , z)可以生成一个“漂亮的”曲面。我们可以通过构造一个xz平面上的网格来模拟该曲面,其中每个四边形都由两个三角形构成。然后,我们将每个网格点代入该函数;参见下图。

这里写图片描述
( (上)建立xz平面上的网格。(下)将每个网格点代入函数f(x ,z),得到y坐标。通过将大量的点(x, f(x, z), z)连接起来,即可形成上述曲面。)

2. 如何生成网格顶点?

下面的主要任务是创建xz平面上的网格,至于y高度后面再继续讲解。一个包含m×n个顶点的网格可以生成(m − 1)× (n− 1)个多边形(或单元格),如下图所示。每个多边形由两个三角形组成,一共2×(m − 1)× (n− 1)个三角形。如果网格的宽度为w、深度为d,则x轴方向上的单元格间距为dx = w/(n-1)、 轴方向上的单元格间距为dz=d/(m-1)。我们从左上角开始生成顶点,逐行计算每个顶点的坐标。在xz平面上,第ij个网格顶点的坐标为:

vij= (−0.5w + j ∙ dx , 0.0 , 0.5d – i ∙ dz)

这里写图片描述

下面的代码实现了这一工作。

void GeometryGenerator::CreateGrid(float width, float depth, UINT m, UINT n, MeshData& meshData)
{
    UINT vertexCount = m*n;
    UINT faceCount   = (m-1)*(n-1)*2;

    //
    // 创建顶点
    //

    float halfWidth = 0.5f*width;
    float halfDepth = 0.5f*depth;

    float dx = width / (n-1);
    float dz = depth / (m-1);

    float du = 1.0f / (n-1);
    float dv = 1.0f / (m-1);

    meshData.Vertices.resize(vertexCount);
    for(UINT i = 0; i < m; ++i)
    {
        float z = halfDepth - i*dz;
        for(UINT j = 0; j < n; ++j)
        {
            float x = -halfWidth + j*dx;

            meshData.Vertices[i*n+j].Position = XMFLOAT3(x, 0.0f, z);
            meshData.Vertices[i*n+j].Normal   = XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
            meshData.Vertices[i*n+j].TangentU = XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f);

            // Stretch texture over grid.
            meshData.Vertices[i*n+j].TexC.x = j*du;
            meshData.Vertices[i*n+j].TexC.y = i*dv;
        }
    }
}

GeometryGenerator是一个工具类,用于生成诸如网格、球、圆柱体、盒子之类的几何形状,在本书的其他示例中都会用到这些形状。这个类在系统内存中生成数据,我们必须将这些数据复制到顶点和索引缓冲中。GeometryGenerator创建的某些顶点数据在后面的章节中才会用到,这个演示程序不会用到,所以也无需将这些数据复制到顶点缓冲中。MeshData结构体用于存储顶点和索引的集合列表。

class GeometryGenerator
{
public:
    struct Vertex
    {
        Vertex(){}
        Vertex(const XMFLOAT3& p, const XMFLOAT3& n, const XMFLOAT3& t, const XMFLOAT2& uv)
            : Position(p), Normal(n), TangentU(t), TexC(uv){}
        Vertex(
            float px, float py, float pz,
            float nx, float ny, float nz,
            float tx, float ty, float tz,
            float u, float v)
            : Position(px,py,pz), Normal(nx,ny,nz),
              TangentU(tx, ty, tz), TexC(u,v){}

        XMFLOAT3 Position;
        XMFLOAT3 Normal;
        XMFLOAT3 TangentU;
        XMFLOAT2 TexC;
    };

    struct MeshData
    {
        std::vector<Vertex> Vertices;
        std::vector<UINT> Indices;
    };
…
};

3. 如何生成网格索引?

在完成顶点的计算之后,我们必须通过索引来定义网格三角形。我们再次从左上角开始逐行遍历每个四边形,通过计算索引来定义构成四边形的两个三角形。如下图所示,对于一个由m×n个顶点构成的网格来说,两个三角形的线性数组索引为:

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△ABC = (i∙n+j , i∙n + j + 1, (i + 1) ∙n + j)

△CBD = ((i +1) ∙n + j , i∙n + j + 1 ∙ (i + 1) ∙n + j + 1)

这里写图片描述

下面是对应的代码:

meshData.Indices.resize(faceCount*3); // 3 indices per face

// 遍历所有四边形并计算索引
UINT k = 0;
for(UINT i = 0; i < m-1; ++i)
{
    for(UINT j = 0; j < n-1; ++j)
    {
        meshData.Indices[k]   = i*n+j;
        meshData.Indices[k+1] = i*n+j+1;
        meshData.Indices[k+2] = (i+1)*n+j;

        meshData.Indices[k+3] = (i+1)*n+j;
        meshData.Indices[k+4] = i*n+j+1;
        meshData.Indices[k+5] = (i+1)*n+j+1;

        k += 6; // next quad
    }
}

4. 高度如何生成?

这个程序所用的生成高度函数f(x,z)由以下代码给出:

float HillsApp::GetHeight(float x, float z)const
{
    return 0.3f*( z*sinf(0.1f*x) + x*cosf(0.1f*z) );
}

这个函利用了正弦和余弦函数生成的图形看起了就像是山峰和山谷,见程序运行结果截图。

创建了网格之后,我们要从MeshData中提取顶点元素,将平面网格转换为代表山丘的曲折表面,并基于顶点的高度(y坐标)设置它们的颜色。

struct Vertex
{
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT4 Color;
};

void HillsApp::BuildGeometryBuffers()
{
    GeometryGenerator::MeshData grid;

    GeometryGenerator geoGen;

    geoGen.CreateGrid(160.0f, 160.0f, 50, 50, grid);

    mGridIndexCount = grid.Indices.size();

    //
    // 在每个顶点上附加高度函数。此外,还根据顶点的高度设置它们的颜色:
    // 沙滩为沙的颜色,小山为绿色,山顶为白色的雪。
    //

    std::vector<Vertex> vertices(grid.Vertices.size());
    for(size_t i = 0; i < grid.Vertices.size(); ++i)
    {
        XMFLOAT3 p = grid.Vertices[i].Position;

        p.y = GetHeight(p.x, p.z);

        vertices[i].Pos   = p;

        // 根据顶点高度设置颜色
        if( p.y < -10.0f )
        {
            // 沙滩色
            vertices[i].Color = XMFLOAT4(1.0f, 0.96f, 0.62f, 1.0f);
        }
        else if( p.y < 5.0f )
        {
            // 淡绿色
            vertices[i].Color = XMFLOAT4(0.48f, 0.77f, 0.46f, 1.0f);
        }
        else if( p.y < 12.0f )
        {
            // 深绿色
            vertices[i].Color = XMFLOAT4(0.1f, 0.48f, 0.19f, 1.0f);
        }
        else if( p.y < 20.0f )
        {
            // 棕色
            vertices[i].Color = XMFLOAT4(0.45f, 0.39f, 0.34f, 1.0f);
        }
        else
        {
            // 白色
            vertices[i].Color = XMFLOAT4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
        }
    }

    D3D11_BUFFER_DESC vbd;
    vbd.Usage = D3D11_USAGE_IMMUTABLE;
    vbd.ByteWidth = sizeof(Vertex) * grid.Vertices.size();
    vbd.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
    vbd.CPUAccessFlags = 0;
    vbd.MiscFlags = 0;
    D3D11_SUBRESOURCE_DATA vinitData;
    vinitData.pSysMem = &vertices[0];
    HR(md3dDevice->CreateBuffer(&vbd, &vinitData, &mVB));

    //
    // 将所有网格的索引放入一个索引缓冲中
    //

    D3D11_BUFFER_DESC ibd;
    ibd.Usage = D3D11_USAGE_IMMUTABLE;
    ibd.ByteWidth = sizeof(UINT) * mGridIndexCount;
    ibd.BindFlags = D3D11_BIND_INDEX_BUFFER;
    ibd.CPUAccessFlags = 0;
    ibd.MiscFlags = 0;
    D3D11_SUBRESOURCE_DATA iinitData;
    iinitData.pSysMem = &grid.Indices[0];
    HR(md3dDevice->CreateBuffer(&ibd, &iinitData, &mIB));
}

5. 程序运行截图

这里写图片描述

这里写图片描述

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