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1、单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级二级二级二级二级二级二级二级二级二级二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,,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。,,2,,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
2、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,0~255,。,,图,14.2,展示了用作高度图的灰度图。,,3,,14.1.1,高度图的创建,,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。,,,4,,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,P2
3、09,,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,0~255,的限制。,,5,,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中的元素：,,int,,Terrain::getHeightmapEntry(int,row,,int,,col,),,{,,return _,heightmap[row,* _,numVertsPerRow,+,col,];,,},,void,Terrain::setHeightmapEntry(int,row,,int,,col,,
4、,int,value),,{,,_,heightmap[row,* _,numVertsPerRow,+,col,] = value;,,},,6,,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其他变量：,,参见教材,P212,,顶点结构声明如下：,,参见教材,P212,,7,,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
5、的代码如下：,,参见教材,P213,,8,,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,。,,,9,,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,,,10,,14.3,纹 理,Terrain,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
6、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,,11,,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,D3DXCreateTexture,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
7、。,,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,,12,,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，节省内存。,,由于地形一般是静态的，光源的位
8、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。,,13,,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。,,14,,14.4.2,计算方格的阴影,,首先需要在方格表面
9、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,,15,,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,,16,,14.5,在地形上“行走”,为了得到,Y,轴高度，首先根据
10、摄像机的,X,、,Z,坐标找出当前所在的方格。通过,Terrain::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 /=
11、(,float)_cellSpacing,;,,z /= (,float)_cellSpacing,;,,17,,14.5,在地形上“行走”,,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。,,,18,,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,1
12、4.10,。,,图,14.11,展示了转化后的方格。,,,19,,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::getHeight,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);,,},,20,,14.6 Terrain,示例程序,本章的示例程序通过给定的
13、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;,,下面是主要框架的代码：,,参见教材,P225,,21,,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
14、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,,22,,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。,,可以用硬盘上的图片来为地形加上纹理，也可以用程序生成地形纹理。,,通过计算每个方格的阴影因子来标识这个方格究竟会有多亮,/,多暗。阴影因素由光线向量与方格的法线向量之间的角度来计算。,,让摄像机在场景中移动时，需要寻找当前所处的三角形。然后，计算三角形上的两个向量，这两个向量尾部相接，且与三角形的两边重合。通过一个左上角在原点的单位化方位的,x,坐标与,z,坐标为参数，在这些向量上进行线性内插，从而求出高度值。,,23,,
清华大学DirectX游戏编程第14章(全20章)
