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自己最近在研究一個(gè)Directx9的小型游戲引擎，總結(jié)一下目前的成果以及遇到的各種問題的解決方法。
雖然是Directx9但是繪制全部使用Shader實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)狀除了物理模擬外其他功能基本都有。
碰撞檢測有AABB,OBB和球體對球體。由于開發(fā)環(huán)境是日語環(huán)境所以UI說明用的日文，模型都來源自MMD模型。

1. ImGui介紹

IMGUI 全稱是immediate mode gui，這種實(shí)現(xiàn)方法的GUI非常適合作為實(shí)時(shí)程序輔助組件用來調(diào)試。
Dear Imgui是目前比較好用的一個(gè)開源Imgui項(xiàng)目，

下載: https://github.com/ocornut/imgui

下載后把必要文件包含到自己的工程并把對應(yīng)函數(shù)加入到程序循環(huán)中即可使用。具體組入方法參考Demo。
IMGUI很合適實(shí)時(shí)項(xiàng)目使用，如果同樣是對Directx或者OpenGL進(jìn)行研究的人來說，我強(qiáng)烈推薦使用Dear Imgui，可以大幅度縮短各種Debug時(shí)間。

2. 3D空間數(shù)學(xué)

3D空間表示一件物體的運(yùn)動可以用縮放+旋轉(zhuǎn)+平移來描述。而矩陣則可以描述以上行為的總和

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如圖，綠色部分表示物體的旋轉(zhuǎn)和縮放，紅色部分表示物體的平移。當(dāng)無縮放時(shí)(也就是S = 1)。
綠色部分可以直接表示旋轉(zhuǎn)。而矩陣有了縮放的情況下乘法計(jì)算后狀況就變得比較復(fù)雜。
所以對于游戲制作等情況，我推薦使用兩套矩陣來記錄3D物體的運(yùn)動，一個(gè)是s = 1，用來記錄物體平移和旋轉(zhuǎn)的矩陣，另外一個(gè)是縮放旋轉(zhuǎn)平移的矩陣，用來修正物體在空間里的原本大小和朝向，兩個(gè)矩陣相乘后便是最終矩陣。

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3.關(guān)于3D場景管理的優(yōu)化的意義

如上圖，這是3D空間一個(gè)物體最終位置的計(jì)算過程。從局部坐標(biāo)系經(jīng)過世界變換，視野變換，投影變換后得到在裁剪空間內(nèi)的坐標(biāo)，裁剪空間內(nèi)會把視野外(觀察矩陣和投影矩陣構(gòu)成的視錐體，在此之外的物體會被裁減掉不進(jìn)行繪制。所以看不到的物體其實(shí)到最后沒有占用GPU。

那么諸如包圍球(BVH)，2叉樹, n叉樹等場景算法是干什么用的呢？。

(1).程序如果本身存在大量物體，在世界>視野>投影變換時(shí)的矩陣計(jì)算已經(jīng)會占用大量內(nèi)存，而場景管理可以減少這部分的計(jì)算。也就是說通過場景管理使得后面的變換階段只計(jì)算必要的矩陣。

(2).物理計(jì)算與碰撞計(jì)算等，如果不進(jìn)行管理時(shí)隨著物體的增多必然會消耗越來越多的內(nèi)存，場景管理可以篩選出只存在可能碰撞的物體，減少計(jì)算量。

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4. Directx9.0 下的一些Mesh處理

D3DXCreateBox,D3DXCerateSphere等系列函數(shù)可以創(chuàng)建自帶的簡單幾何圖形，不過這些圖形并沒有紋理坐標(biāo)，那么如果想給這些默認(rèn)圖形貼上紋理要怎么做呢？方法是:

(1).從D3DVERTEXELEMENT9數(shù)組定義一個(gè)包含紋理坐標(biāo)的數(shù)據(jù)流。
(2).把Mesh下的LockVertexBuffer函數(shù)鎖定頂點(diǎn)緩存，傳入剛才定義的D3DVERTEXELEMENT9
(3).重新計(jì)算紋理坐標(biāo)后再解鎖頂點(diǎn)緩存，再用CloneMesh克隆回去。

球型物體或者近似球型物體的紋理坐標(biāo)有固定算法，像最初的圖中球和茶壺便是程序中重新計(jì)算紋理坐標(biāo)后所得。這套方法可改變Mesh的所包含頂點(diǎn)信息。將來在做法線貼圖時(shí)需要切線。而給物體添加切線也是用這種方式：聲明頂點(diǎn)數(shù)據(jù)流>鎖定Mesh頂點(diǎn)緩存>傳入重構(gòu)的數(shù)據(jù)>解鎖>克隆Mesh的方式重構(gòu)Mesh包含的頂點(diǎn)信息

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4.關(guān)于Lambert光照模型，Phong光照模型的光照方向：

(1).漫反射光照模型

Lambert光照模型是一種漫反射光照模型，計(jì)算其漫反射率方法為:

float Diff = max(dot(Object.Normal, Light.Dir), 0.0);

其中Object.Normal是物體的法線，而Light.Dir是光射出的方向。
注意是物體表面射出的方向而不是原本方向，如果光原本方向是L，則Light.Dir為-L。
如果直接用光原本方向L那么點(diǎn)乘結(jié)果肯定是負(fù)值，漫反射部分就會漆黑一片。順便說一下Lambert光照模型會導(dǎo)致物體沒受到光的部分比較暗，因此有了改良了Harf Lambert，其漫反射率方法為:

float Diff = max(0.5 + dot(Object.Normal, Light.Dir) * 0.5, 0.0);

原本的點(diǎn)乘結(jié)果由[-1,1]變成了[0,1]，所以Harf Lambert在沒受光的部分也不會太黑。
而現(xiàn)在有一種更加便利的模型，叫Wrap Lighting,可以同時(shí)滿足以上情況并且能自己調(diào)整。其算法為:

float wrap_diff = max(wrap + dot(Object.Normal, Light.Dir) / (1 + wrap) , 0.0);

看出來了嗎？Lambert就是wrap=0的狀況，Half Lambert就是warp=1。改變wrap可以調(diào)整漫反射率。

(2). 高光光照模型

Phong和BlinnPhong光照模型是計(jì)算高光的光照模型，Phong的高光計(jì)算方法為:

float3 viewDir = normalize(Camera.ViewPos – Object.Pos); float3 reflectDir = reflect(Light.Dir, Object.Normal); float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), Light.SpecPower);

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Phong光照模型會在視線向量和反射向量大于90度情況下點(diǎn)乘為負(fù)數(shù)，于是高光就會突然消失沒有。
Blinn-Phong是Phong光照模型的改良版，Blinn-Phong的使用半程向量，不會有高光突然消失的情況，而且不需要使用reflect函數(shù)，性能消耗上也略低。

float3 viewDir = normalize(Camera.ViewPos – Object.Pos); float3 halfwayDir = normalize(LightDir + viewDir); float spec = pow(max(dot(Object.Normal, halfwayDir), 0.0), Light.SpecPower);

注意這里的Light.Dir是光射出方向。和上文的Lambert光照所用方向一致，和Phong的相反。下圖是各種光線方向總結(jié)

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6.關(guān)于渲染到紋理

渲染到紋理可以說是非常重要的手段，后處理以及一系列需要屏幕空間的渲染方式都離不開他，Directx9中有兩種方式，一種是使用LPD3DXRENDERTOSURFACE接口，非常簡單易用，但是缺點(diǎn)是多重采樣會消失，也就是沒有多重采樣。而且如果需要各個(gè)表面有承接關(guān)系的話，這個(gè)接口很難用。

因此還是傳統(tǒng)方法自己建兩個(gè)Surface，一個(gè)負(fù)責(zé)RendeTarget一個(gè)負(fù)責(zé)DepthBuffer。在渲染前Get現(xiàn)在的RendeTarget和DepthBuffer，開始繪制時(shí)Set現(xiàn)在預(yù)定的表面，完畢后再Set回最初取得的的表面。這個(gè)方法結(jié)合LPDIRECT3DDEVICE9下的StretchRect函數(shù)可以把當(dāng)前渲染具有多重采樣的表面綁回紋理所在的表面，最終結(jié)果就帶上了多重采樣效果。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的个人的Directx9研究总结 (1)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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