尽管在上一章的动态天空盒中用到了Render-To-Texture技术,但那是针对纹理立方体的特化实现。考虑到该技术的应用层面很是广,在这里抽出独立的一章专门来说有关它的通用实现以及各类应用。html
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在前面的章节中,咱们默认的渲染目标是来自DXGI后备缓冲区,它是一个2D纹理。而Render-To-Texture技术,实际上就是使用一张2D纹理做为渲染目标,但通常是本身新建的2D纹理。与此同时,这个纹理还可以绑定到着色器资源视图(SRV)供着色器所使用,即本来用做输出的纹理如今用做输入。app
它能够用于:ide
在这一章,咱们将展现下面这三种应用:函数
该类借鉴了上一章DynamicSkyEffect
的实现,所以也继承了它简单易用的特性:性能
class TextureRender { public: template<class T> using ComPtr = Microsoft::WRL::ComPtr<T>; TextureRender(ID3D11Device * device, int texWidth, int texHeight, bool generateMips = false); ~TextureRender(); // 开始对当前纹理进行渲染 void Begin(ID3D11DeviceContext * deviceContext); // 结束对当前纹理的渲染,还原状态 void End(ID3D11DeviceContext * deviceContext); // 获取渲染好的纹理 ID3D11ShaderResourceView * GetOutputTexture(); // 设置调试对象名 void SetDebugObjectName(const std::string& name); private: ComPtr<ID3D11ShaderResourceView> m_pOutputTextureSRV; // 输出的纹理对应的着色器资源视图 ComPtr<ID3D11RenderTargetView> m_pOutputTextureRTV; // 输出的纹理对应的渲染目标视图 ComPtr<ID3D11DepthStencilView> m_pOutputTextureDSV; // 输出纹理所用的深度/模板视图 D3D11_VIEWPORT m_OutputViewPort; // 输出所用的视口 ComPtr<ID3D11RenderTargetView> m_pCacheRTV; // 临时缓存的后备缓冲区 ComPtr<ID3D11DepthStencilView> m_pCacheDSV; // 临时缓存的深度/模板缓冲区 D3D11_VIEWPORT m_CacheViewPort; // 临时缓存的视口 bool m_GenerateMips; // 是否生成mipmap链 };
它具备以下特色:测试
Begin
和End
方法,确保在这两个方法调用之间的全部绘制都将输出到该纹理Begin
方法会临时缓存后备缓冲区、深度/模板缓冲区和视口,并在End
方法恢复,所以无需本身去从新设置这些东西如今咱们须要完成下面5个步骤:3d
具体代码以下:
TextureRender::TextureRender(ID3D11Device * device, int texWidth, int texHeight, bool generateMips) : m_GenerateMips(generateMips), m_CacheViewPort() { // ****************** // 1. 建立纹理 // ComPtr<ID3D11Texture2D> texture; D3D11_TEXTURE2D_DESC texDesc; texDesc.Width = texWidth; texDesc.Height = texHeight; texDesc.MipLevels = (m_GenerateMips ? 0 : 1); // 0为完整mipmap链 texDesc.ArraySize = 1; texDesc.SampleDesc.Count = 1; texDesc.SampleDesc.Quality = 0; texDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; texDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT; texDesc.BindFlags = D3D11_BIND_RENDER_TARGET | D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE; texDesc.CPUAccessFlags = 0; texDesc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS; // 如今texture用于新建纹理 HR(device->CreateTexture2D(&texDesc, nullptr, texture.ReleaseAndGetAddressOf())); // ****************** // 2. 建立纹理对应的渲染目标视图 // D3D11_RENDER_TARGET_VIEW_DESC rtvDesc; rtvDesc.Format = texDesc.Format; rtvDesc.ViewDimension = D3D11_RTV_DIMENSION_TEXTURE2D; rtvDesc.Texture2D.MipSlice = 0; HR(device->CreateRenderTargetView( texture.Get(), &rtvDesc, m_pOutputTextureRTV.GetAddressOf())); // ****************** // 3. 建立纹理对应的着色器资源视图 // D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc; srvDesc.Format = texDesc.Format; srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D; srvDesc.Texture2D.MostDetailedMip = 0; srvDesc.TextureCube.MipLevels = -1; // 使用全部的mip等级 HR(device->CreateShaderResourceView( texture.Get(), &srvDesc, m_pOutputTextureSRV.GetAddressOf())); // ****************** // 4. 建立与纹理等宽高的深度/模板缓冲区和对应的视图 // texDesc.Width = texWidth; texDesc.Height = texHeight; texDesc.MipLevels = 0; texDesc.ArraySize = 1; texDesc.SampleDesc.Count = 1; texDesc.SampleDesc.Quality = 0; texDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT; texDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT; texDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL; texDesc.CPUAccessFlags = 0; texDesc.MiscFlags = 0; ComPtr<ID3D11Texture2D> depthTex; device->CreateTexture2D(&texDesc, nullptr, depthTex.GetAddressOf()); D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC dsvDesc; dsvDesc.Format = texDesc.Format; dsvDesc.Flags = 0; dsvDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D; dsvDesc.Texture2D.MipSlice = 0; HR(device->CreateDepthStencilView( depthTex.Get(), &dsvDesc, m_pOutputTextureDSV.GetAddressOf())); // ****************** // 5. 初始化视口 // m_OutputViewPort.TopLeftX = 0.0f; m_OutputViewPort.TopLeftY = 0.0f; m_OutputViewPort.Width = static_cast<float>(texWidth); m_OutputViewPort.Height = static_cast<float>(texHeight); m_OutputViewPort.MinDepth = 0.0f; m_OutputViewPort.MaxDepth = 1.0f; }
该方法缓存当前渲染管线绑定的渲染目标视图、深度/模板视图以及视口,并替换初始化好的这些资源。注意还须要清空一遍缓冲区:
void TextureRender::Begin(ID3D11DeviceContext * deviceContext) { // 缓存渲染目标和深度模板视图 deviceContext->OMGetRenderTargets(1, m_pCacheRTV.GetAddressOf(), m_pCacheDSV.GetAddressOf()); // 缓存视口 UINT num_Viewports = 1; deviceContext->RSGetViewports(&num_Viewports, &m_CacheViewPort); // 清空缓冲区 float black[4] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; deviceContext->ClearRenderTargetView(m_pOutputTextureRTV.Get(), black); deviceContext->ClearDepthStencilView(m_pOutputTextureDSV.Get(), D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0); // 设置渲染目标和深度模板视图 deviceContext->OMSetRenderTargets(1, m_pOutputTextureRTV.GetAddressOf(), m_pOutputTextureDSV.Get()); // 设置视口 deviceContext->RSSetViewports(1, &m_OutputViewPort); }
在对当前纹理的全部绘制方法调用完毕后,就须要调用该方法以恢复到原来的渲染目标视图、深度/模板视图以及视口。若在初始化时还指定了generateMips
为true
,还会给该纹理生成mipmap链:
void TextureRender::End(ComPtr<ID3D11DeviceContext> deviceContext) { // 恢复默认设定 deviceContext->RSSetViewports(1, &m_CacheViewPort); deviceContext->OMSetRenderTargets(1, m_pCacheRTV.GetAddressOf(), m_pCacheDSV.Get()); // 若以前有指定须要mipmap链,则生成 if (m_GenerateMips) { deviceContext->GenerateMips(m_pOutputTextureSRV.Get()); } // 清空临时缓存的渲染目标视图和深度模板视图 m_pCacheDSV.Reset(); m_pCacheRTV.Reset(); }
最后就能够经过TextureRender::GetOutputTexture
方法获取渲染好的纹理了。
注意:不要将纹理既做为渲染目标,又做为着色器资源,虽然不会报错,但这样会致使程序运行速度被拖累。在VS的输出窗口你能够看到它会将该资源强制从着色器中撤离,置其为NULL,以保证不会同时绑定在输入和输出端。
该效果对应的特效文件为ScreenFadeEffect.cpp
,着色器文件为ScreenFade_VS.hlsl
和ScreenFade_PS.hlsl
。
ScreenFadeEffect
类在这不作讲解,有兴趣的能够查看第13章的自定义Effects管理类实现教程,或者去翻看ScreenFadeEffect
类的源码实现。
首先是ScreenFade.hlsli
// ScreenFade.hlsli Texture2D gTex : register(t0); SamplerState gSam : register(s0); cbuffer CBChangesEveryFrame : register(b0) { float g_FadeAmount; // 颜色程度控制(0.0f-1.0f) float3 g_Pad; } cbuffer CBChangesRarely : register(b1) { matrix g_WorldViewProj; } struct VertexPosTex { float3 PosL : POSITION; float2 Tex : TEXCOORD; }; struct VertexPosHTex { float4 PosH : SV_POSITION; float2 Tex : TEXCOORD; };
而后分别是对于的顶点着色器和像素着色器实现:
// ScreenFade_VS.hlsl #include "ScreenFade.hlsli" // 顶点着色器 VertexPosHTex VS(VertexPosTex vIn) { VertexPosHTex vOut; vOut.PosH = mul(float4(vIn.PosL, 1.0f), g_WorldViewProj); vOut.Tex = vIn.Tex; return vOut; }
// ScreenFade_PS.hlsl #include "ScreenFade.hlsli" // 像素着色器 float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target { return g_Tex.Sample(g_Sam, pIn.Tex) * float4(g_FadeAmount, g_FadeAmount, g_FadeAmount, 1.0f); }
该套着色器经过gFadeAmount来控制最终输出的颜色,咱们能够经过对其进行动态调整来实现一些效果。当gFadeAmount
从0到1时,屏幕从黑到正常显示,即淡入效果;而当gFadeAmount
从1到0时,平面从正常显示到变暗,即淡出效果。
一开始像素着色器的返回值采用的是和Rastertek同样的tex.Sample(sam, pIn.Tex) * gFadeAmount
,可是在截屏出来的.dds文件观看的时候颜色变得很奇怪
本来觉得是输出的文件格式乱了,但当我把Alpha通道关闭后,图片却一切正常了
故这里应该让Alpha通道的值乘上1.0f以保持Alpha通道的一致性
为了实现屏幕的淡入淡出效果,咱们须要一张渲染好的场景纹理,即经过TextureRender
来实现。
首先咱们看GameApp::UpdateScene
方法中用于控制屏幕淡入淡出的部分:
// 更新淡入淡出值 if (m_FadeUsed) { m_FadeAmount += m_FadeSign * dt / 2.0f; // 2s时间淡入/淡出 if (m_FadeSign > 0.0f && m_FadeAmount > 1.0f) { m_FadeAmount = 1.0f; m_FadeUsed = false; // 结束淡入 } else if (m_FadeSign < 0.0f && m_FadeAmount < 0.0f) { m_FadeAmount = 0.0f; SendMessage(MainWnd(), WM_DESTROY, 0, 0); // 关闭程序 // 这里不结束淡出是由于发送关闭窗口的消息还要过一会才真正关闭 } } // ... // 退出程序,开始淡出 if (m_KeyboardTracker.IsKeyPressed(Keyboard::Escape)) { m_FadeSign = -1.0f; m_FadeUsed = true; }
启动程序的时候,mFadeSign
的初始值是1.0f
,这样就使得打开程序的时候就在进行屏幕淡入。
而用户按下Esc
键退出的话,则先触发屏幕淡出效果,等屏幕变黑后再发送关闭程序的消息给窗口。注意发送消息到真正关闭还相隔一段时间,在这段时间内也不要关闭淡出效果的绘制,不然最后那一瞬间又忽然看到场景了。
而后在GameApp::DrawScene
方法中,咱们能够将绘制过程简化成这样:
// ****************** // 绘制Direct3D部分 // // 预先清空后备缓冲区 m_pd3dImmediateContext->ClearRenderTargetView(m_pRenderTargetView.Get(), reinterpret_cast<const float*>(&Colors::Black)); m_pd3dImmediateContext->ClearDepthStencilView(m_pDepthStencilView.Get(), D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0); if (mFadeUsed) { // 开始淡入/淡出 m_pScreenFadeRender->Begin(m_pd3dImmediateContext.Get()); } // 绘制主场景... if (mFadeUsed) { // 结束淡入/淡出,此时绘制的场景在屏幕淡入淡出渲染的纹理 m_pScreenFadeRender->End(m_pd3dImmediateContext.Get()); // 屏幕淡入淡出特效应用 m_ScreenFadeEffect.SetRenderDefault(m_pd3dImmediateContext.Get()); m_ScreenFadeEffect.SetFadeAmount(m_FadeAmount); m_ScreenFadeEffect.SetTexture(m_pScreenFadeRender->GetOutputTexture()); m_ScreenFadeEffect.SetWorldViewProjMatrix(XMMatrixIdentity()); m_ScreenFadeEffect.Apply(m_pd3dImmediateContext.Get()); // 将保存的纹理输出到屏幕 m_pd3dImmediateContext->IASetVertexBuffers(0, 1, m_FullScreenShow.modelParts[0].vertexBuffer.GetAddressOf(), strides, offsets); m_pd3dImmediateContext->IASetIndexBuffer(m_FullScreenShow.modelParts[0].indexBuffer.Get(), DXGI_FORMAT_R16_UINT, 0); m_pd3dImmediateContext->DrawIndexed(6, 0, 0); // 务必解除绑定在着色器上的资源,由于下一帧开始它会做为渲染目标 m_ScreenFadeEffect.SetTexture(nullptr); m_ScreenFadeEffect.Apply(m_pd3dImmediateContext.Get()); }
对了,若是窗口被拉伸,那咱们以前建立的纹理宽高就不适用了,须要从新建立一个。在GameApp::OnResize
方法能够看到:
void GameApp::OnResize() { // ... // 摄像机变动显示 if (mCamera != nullptr) { // ... // 屏幕淡入淡出纹理大小重设 m_pScreenFadeRender = std::make_unique<TextureRender>(m_pd3dDevice.Get(), m_ClientWidth, m_ClientHeight, false); } }
因为屏幕淡入淡出效果须要先绘制主场景到纹理,而后再用该纹理完整地绘制到屏幕上,就不说前面还进行了大量的深度测试了,两次绘制下来使得在渲染淡入淡出效果的时候帧数降低比较明显。所以不建议常常这么作。
关于小地图的实现,有许多种方式。常见的以下:
能够看出,性能的消耗越日后要求越高。
由于本项目的场景是在夜间森林,而且树是随机生成的,所以采用第二种方式,可是地图可视范围为摄像机可视区域,而且不考虑额外绘制任何2D物件。
小地图对应的特效文件为MinimapEffect.cpp
,着色器文件为Minimap_VS.hlsl
和Minimap_PS.hlsl
。一样这里只关注HLSL实现。
首先是Minimap.hlsli
:
// Minimap.hlsli Texture2D g_Tex : register(t0); SamplerState g_Sam : register(s0); cbuffer CBChangesEveryFrame : register(b0) { float3 g_EyePosW; // 摄像机位置 float g_Pad; } cbuffer CBDrawingStates : register(b1) { int g_FogEnabled; // 是否范围可视 float g_VisibleRange; // 3D世界可视范围 float2 g_Pad2; float4 g_RectW; // 小地图xOz平面对应3D世界矩形区域(Left, Front, Right, Back) float4 g_InvisibleColor; // 不可视状况下的颜色 } struct VertexPosTex { float3 PosL : POSITION; float2 Tex : TEXCOORD; }; struct VertexPosHTex { float4 PosH : SV_POSITION; float2 Tex : TEXCOORD; };
为了能在小地图中绘制出局部区域可视的效果,还须要依赖3D世界中的一些参数。其中gRectW
对应的是3D世界中矩形区域(即x最小值, z最大值, x最大值, z最小值)。
而后是顶点着色器和像素着色器的实现:
// Minimap_VS.hlsl #include "Minimap.hlsli" // 顶点着色器 VertexPosHTex VS(VertexPosTex vIn) { VertexPosHTex vOut; vOut.PosH = float4(vIn.PosL, 1.0f); vOut.Tex = vIn.Tex; return vOut; }
// Minimap_PS.hlsl #include "Minimap.hlsli" // 像素着色器 float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target { // 要求Tex的取值范围都在[0.0f, 1.0f], y值对应世界坐标z轴 float2 PosW = pIn.Tex * float2(g_RectW.zw - g_RectW.xy) + g_RectW.xy; float4 color = g_Tex.Sample(g_Sam, pIn.Tex); [flatten] if (g_FogEnabled && length(PosW - g_EyePosW.xz) / g_VisibleRange > 1.0f) { return g_InvisibleColor; } return color; }
接下来咱们须要经过Render-To-Texture技术,捕获整个场景的俯视图。关于小地图的绘制放在了GameApp::InitResource
中:
bool GameApp::InitResource() { // ... m_pMinimapRender = std::make_unique<TextureRender>(m_pd3dDevice.Get(), 400, 400, true); // 初始化网格,放置在右下角200x200 m_Minimap.SetMesh(m_pd3dDevice, Geometry::Create2DShow(0.75f, -0.66666666f, 0.25f, 0.33333333f)); // ... // 小地图摄像机 m_MinimapCamera = std::unique_ptr<FirstPersonCamera>(new FirstPersonCamera); m_MinimapCamera->SetViewPort(0.0f, 0.0f, 200.0f, 200.0f); // 200x200小地图 m_MinimapCamera->LookTo( XMVectorSet(0.0f, 10.0f, 0.0f, 1.0f), XMVectorSet(0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f), XMVectorSet(0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f)); m_MinimapCamera->UpdateViewMatrix(); // ... // 小地图范围可视 m_MinimapEffect.SetFogState(true); m_MinimapEffect.SetInvisibleColor(XMVectorSet(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f)); m_MinimapEffect.SetMinimapRect(XMVectorSet(-95.0f, 95.0f, 95.0f, -95.0f)); m_MinimapEffect.SetVisibleRange(25.0f); // 方向光(默认) DirectionalLight dirLight[4]; dirLight[0].Ambient = XMFLOAT4(0.15f, 0.15f, 0.15f, 1.0f); dirLight[0].Diffuse = XMFLOAT4(0.25f, 0.25f, 0.25f, 1.0f); dirLight[0].Specular = XMFLOAT4(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f); dirLight[0].Direction = XMFLOAT3(-0.577f, -0.577f, 0.577f); dirLight[1] = dirLight[0]; dirLight[1].Direction = XMFLOAT3(0.577f, -0.577f, 0.577f); dirLight[2] = dirLight[0]; dirLight[2].Direction = XMFLOAT3(0.577f, -0.577f, -0.577f); dirLight[3] = dirLight[0]; dirLight[3].Direction = XMFLOAT3(-0.577f, -0.577f, -0.577f); for (int i = 0; i < 4; ++i) m_BasicEffect.SetDirLight(i, dirLight[i]); // ****************** // 渲染小地图纹理 // m_BasicEffect.SetViewMatrix(m_MinimapCamera->GetViewXM()); m_BasicEffect.SetProjMatrix(XMMatrixOrthographicLH(190.0f, 190.0f, 1.0f, 20.0f)); // 使用正交投影矩阵(中心在摄像机位置) // 关闭雾效 m_BasicEffect.SetFogState(false); m_pMinimapRender->Begin(m_pd3dImmediateContext.Get()); DrawScene(true); m_pMinimapRender->End(m_pd3dImmediateContext.Get()); m_MinimapEffect.SetTexture(m_pMinimapRender->GetOutputTexture()); // ... }
一般小地图的制做,建议是使用正交投影矩阵,XMMatrixOrthographicLH
函数的中心在摄像机位置,不以摄像机为中心的话能够用XMMatrixOrthographicOffCenterLH
函数。
而后若是窗口大小调整,为了保证小地图在屏幕的显示是在右下角,而且保持200x200,须要在GameApp::OnResize
从新调整网格模型:
void GameApp::OnResize() { // ... // 摄像机变动显示 if (mCamera != nullptr) { // ... // 小地图网格模型重设 m_Minimap.SetMesh(m_pd3dDevice.Get(), Geometry::Create2DShow(1.0f - 100.0f / m_ClientWidth * 2, -1.0f + 100.0f / m_ClientHeight * 2, 100.0f / m_ClientWidth * 2, 100.0f / m_ClientHeight * 2)); } }
最后是GameApp::DrawScene
方法将小地图纹理绘制到屏幕的部分:
// 此处用于小地图和屏幕绘制 UINT strides[1] = { sizeof(VertexPosTex) }; UINT offsets[1] = { 0 }; // 小地图特效应用 m_MinimapEffect.SetRenderDefault(m_pd3dImmediateContext.Get()); m_MinimapEffect.Apply(m_pd3dImmediateContext.Get()); // 最后绘制小地图 m_pd3dImmediateContext->IASetVertexBuffers(0, 1, m_Minimap.modelParts[0].vertexBuffer.GetAddressOf(), strides, offsets); m_pd3dImmediateContext->IASetIndexBuffer(m_Minimap.modelParts[0].indexBuffer.Get(), DXGI_FORMAT_R16_UINT, 0); m_pd3dImmediateContext->DrawIndexed(6, 0, 0);
本项目的场景沿用了第20章的森林场景,并搭配了夜晚雾效,在打开程序后能够看到屏幕淡入的效果,按下Esc后则屏幕淡出后退出。
而后人物在移动的时候,小地图的可视范围也会跟着移动。
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