任务要求
本篇文章是中国农业大学虚拟现实课程的一次作业内容，需要对五个茶壶模型使用不同的光照进行着色和渲染，然后旋转展示。
本人的代码也是在其他人的代码的基础上修改来的，主要用于服务下一届，没有商业用途，侵删。
原始代码
代码包括CPP文件代码和FX（着色器文件）代码两部分文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-751696.html
CPP文件代码
//导入用于创建基于DirectX3D的桌面应用程序的相关库
#include <windows.h>
#include <d3d11.h>
#include <d3dx11.h>
#include <d3dcompiler.h>
#include <xnamath.h>
#include "resource.h"
//导入其他的库文件
#include <cimport.h>
#include <scene.h>
#include <stdio.h>
#include <postprocess.h>
#include <vector>
//定义一个“简单顶点”结构体，包含位置和法线两个向量
struct SimpleVertex
{
XMFLOAT3 Pos; //用于记录顶点位置的三维向量
XMFLOAT3 Normal; //用于记录顶点法线的三维向量（用于计算光照和渲染）
};
//定义一个常量缓冲器结构体，用于传递常量数据给着色器
struct ConstantBuffer
{
XMMATRIX mWorld; //定义世界矩阵
XMMATRIX mView; //定义视图矩阵
XMMATRIX mProjection; //定义投影矩阵
XMFLOAT4 vLightDir; //定义光源方向
XMFLOAT4 vLightColor; //定义光源颜色
XMFLOAT4 vOutputColor; //定义环境光的颜色
XMFLOAT4 objectColor; //定义光谱反射率（物体自身的颜色）
XMFLOAT4 hightLightColor; //定义光谱反射率（高光颜色）
XMFLOAT4 eye; //定义观察位置
};
//全局变量定义部分（初始化部分就是分别对这里的每一个变量进行初始化）
HINSTANCE g_hInst = NULL; //程序实例句柄
HWND g_hWnd = NULL; //创建的窗口
D3D_DRIVER_TYPE g_driverType = D3D_DRIVER_TYPE_NULL; //驱动器类型
D3D_FEATURE_LEVEL g_featureLevel = D3D_FEATURE_LEVEL_11_0; //DirectX3D的特性级别
ID3D11Device* g_pd3dDevice = NULL; //DirectX3D设备类型
ID3D11DeviceContext* g_pImmediateContext = NULL; //设备的上下文
IDXGISwapChain* g_pSwapChain = NULL; //交换链
ID3D11RenderTargetView* g_pRenderTargetView = NULL; //渲染目标视图
ID3D11Texture2D* g_pDepthStencil = NULL; //深度模板纹理
ID3D11DepthStencilView* g_pDepthStencilView = NULL; //深度模板视图
ID3D11VertexShader* g_pVertexShader = NULL; //顶点着色器
ID3D11PixelShader* g_pPixelShader = NULL; //像素着色器
ID3D11PixelShader* g_pPixelShaderSolid = NULL; //另一个像素着色器
ID3D11PixelShader** g_pPixelSh = new ID3D11PixelShader * [5]; //本次作业中指向五种像素着色器指针的指针
ID3D11InputLayout* g_pVertexLayout = NULL; //顶点布局方式
ID3D11Buffer* g_pVertexBuffer = NULL; //顶点缓冲区
ID3D11Buffer* g_pIndexBuffer = NULL; //索引缓冲区
ID3D11Buffer* g_pConstantBuffer = NULL; //常量缓冲区
XMMATRIX g_World; //世界矩阵
XMMATRIX g_View; //视角矩阵
XMMATRIX g_Projection; //投影矩阵
ID3D11ShaderResourceView* g_pTextureRV = NULL;
ID3D11SamplerState* g_pSamplerLinear = NULL;
//自定义的全局变量
unsigned int numVerticeTotal = 0; //记录导入的模型的顶点总数
unsigned int faceNum = 0; //记录导入的模型的面的总数
//函数的前向引用声明
HRESULT InitWindow(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow); //用于初始化窗口的函数
HRESULT InitDevice(void); //用于初始化设备的函数
void CleanupDevice(void); //用于清空设备资源的函数
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM); //窗口消息处理函数
void Render(void); //用于进行渲染的函数
//Windows图形应用程序的入口点，相当于命令行程序的main函数
int WINAPI wWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPWSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
//告诉编译器在编译过程中忽视函数中传入的两个参数，不要产生警告（这两个参数通常都不被使用）
UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);
//尝试初始化一个窗口（传入的参数是程序实例句柄和窗口的显示状态，如果初始化失败则函数退出
if (FAILED(InitWindow(hInstance, nCmdShow)))
return 0;
//尝试初始化应用程序的DirectX3D图形设备，如果初始化失败则清理设备资源并函数退出
if (FAILED(InitDevice()))
{
//清理和释放图形设备的资源
CleanupDevice();
return 0;
}
//主消息循环部分
MSG msg = { 0 };
//只有收到退出消息之后程序才会退出
while (WM_QUIT != msg.message)
{
//检查消息队列中是否有消息存在，如果有消息则处理这些消息
if (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
//如果没有消息，则进行场景渲染
else
{
Render();
}
}
//清理和释放图形设备的资源
CleanupDevice();
//返回应用程序的退出状态码
return (int)msg.wParam;
}
//用于初始化一个窗口的函数
HRESULT InitWindow(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
{
//注册一个对各项属性进行了设置的窗口类
WNDCLASSEX wcex;
wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX); //【通常的设置】
wcex.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW; //窗口类的样式设置（窗口尺寸发生改变时进行重新绘制）
wcex.lpfnWndProc = WndProc; //设置处理窗口类消息的函数（WndProc）
wcex.cbClsExtra = 0; //【通常的设置】
wcex.cbWndExtra = 0; //【通常的设置】
wcex.hInstance = hInstance; //设置窗口类的应用程序句柄
wcex.hIcon = LoadIcon(hInstance, (LPCTSTR)IDC_TUTORIAL1); //设置窗口类的图标
wcex.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); //【通常的设置】
wcex.hbrBackground = (HBRUSH)(COLOR_WINDOW + 1); //【通常的设置】
wcex.lpszMenuName = NULL; //设置窗口的
wcex.lpszClassName = L"TutorialWindowClass"; //设置窗口类的名称
wcex.hIconSm = LoadIcon(wcex.hInstance, (LPCTSTR)IDC_TUTORIAL1); //设置窗口类的图标
//根据上述的设置注册一个窗口类，如果失败则返回错误信息
if (!RegisterClassEx(&wcex))
return E_FAIL;
//根据注册的窗口类创建一个窗口
g_hInst = hInstance;
//设置窗口的初始位置和大小
RECT rc = { 0, 0, 1500, 1000 };
//根据给定的窗口位置和大小调整窗口（另外两个参数是窗口的样式和是否有菜单栏）
AdjustWindowRect(&rc, WS_OVERLAPPEDWINDOW, FALSE);
//创建一个窗口（可以设置窗口的标题）
g_hWnd = CreateWindow(L"TutorialWindowClass", L"Lighting and coloring of three-dimensional objects 计算机201 旷欣然", WS_OVERLAPPEDWINDOW,
CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top, NULL, NULL, hInstance,
NULL);
//如果创建窗体失败，则返回失败信息
if (!g_hWnd)
return E_FAIL;
//根据指定的显示方式显示窗口
ShowWindow(g_hWnd, nCmdShow);
return S_OK;
}
//编译着色器代码的辅助函数
HRESULT CompileShaderFromFile(WCHAR* szFileName, LPCSTR szEntryPoint, LPCSTR szShaderModel, ID3DBlob** ppBlobOut)
{
HRESULT hr = S_OK;
DWORD dwShaderFlags = D3DCOMPILE_ENABLE_STRICTNESS;
#if defined( DEBUG ) || defined( _DEBUG )
// Set the D3DCOMPILE_DEBUG flag to embed debug information in the shaders.
// Setting this flag improves the shader debugging experience, but still allows
// the shaders to be optimized and to run exactly the way they will run in
// the release configuration of this program.
dwShaderFlags |= D3DCOMPILE_DEBUG;
#endif
ID3DBlob* pErrorBlob;
hr = D3DX11CompileFromFile(szFileName, NULL, NULL, szEntryPoint, szShaderModel,
dwShaderFlags, 0, NULL, ppBlobOut, &pErrorBlob, NULL);
if (FAILED(hr))
{
if (pErrorBlob != NULL)
OutputDebugStringA((char*)pErrorBlob->GetBufferPointer());
if (pErrorBlob) pErrorBlob->Release();
return hr;
}
if (pErrorBlob) pErrorBlob->Release();
return S_OK;
}
//自定义的用于导入指定的模型文件的函数
const struct aiScene* load_obj(char* path)
{
//借助Assimp库中的函数以高质量导入指定路径的模型文件
const aiScene* scene = aiImportFile(path, aiProcessPreset_TargetRealtime_MaxQuality);
//遍历模型的每一个网格，累加每个网格的顶点总数和面数并通过全局变量存储
for (unsigned int i = 0; i < scene->mNumMeshes; i++)
{
numVerticeTotal += scene->mMeshes[i]->mNumVertices;
faceNum += scene->mMeshes[i]->mNumFaces;
}
//将导入模型文件的结果返回
return scene;
}
//用于初始化DirectX3D设备并创建交换链的函数
HRESULT InitDevice(void)
{
//借助于Assimp模块和自定义的函数导入茶壶文件
const struct aiScene* teapot = NULL;
teapot = load_obj("teapot2.obj");
HRESULT hr = S_OK;
//获取客户窗口区的尺寸并记录宽度和高度
RECT rc;
GetClientRect(g_hWnd, &rc);
UINT width = rc.right - rc.left;
UINT height = rc.bottom - rc.top;
//条件预编译指令：程序在调试模式下则在创建设备时创建调试功能，从而从调试器中获取调用和调试信息
UINT createDeviceFlags = 0;
#ifdef _DEBUG
createDeviceFlags |= D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG;
#endif
//通过数组存储不同的DirectX3D设备的类型并记录数组大小
D3D_DRIVER_TYPE driverTypes[] =
{
D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, //显卡的硬件驱动器（通常具有最好的性能）
D3D_DRIVER_TYPE_WARP, //软件驱动器（性能较低）
D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE, //参考驱动器（用于调试和开发的过程）
};
UINT numDriverTypes = ARRAYSIZE(driverTypes);
//通过数组存储DirectX3D不同的特性级别并记录数组的大小
D3D_FEATURE_LEVEL featureLevels[] =
{
D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, //DirectX3D 11.0特性级别，通常具有最好的性能
D3D_FEATURE_LEVEL_10_1, //DirectX3D 10.1特性级别，一些功能受到限制
D3D_FEATURE_LEVEL_10_0, //DirectX3D 10.0特性级别，更低的硬件要求和功能
};
UINT numFeatureLevels = ARRAYSIZE(featureLevels);
//设置一个交换链的属性和配置
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
ZeroMemory(&sd, sizeof(sd)); //初始清空操作，确保变量都被正确初始化
sd.BufferCount = 1; //设置不使用双缓冲区（一般都会使用前缓冲区和后缓冲区）
sd.BufferDesc.Width = width; //设置交换链的宽度
sd.BufferDesc.Height = height; //设置交换链的高度
sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; //设置交换链缓冲区的格式
sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60; //设置刷新率的分母
sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1; //设置刷新率的分子（与上面的分母组合，就是屏幕的刷新率为60Hz）
sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT; //设置缓冲区的用途是渲染目标
sd.OutputWindow = g_hWnd; //设置呈现的窗口句柄（为全局窗口句柄）
sd.SampleDesc.Count = 1; //设置不使用多重采样
sd.SampleDesc.Quality = 0; //【不使用多重采样的正常设置】
sd.Windowed = TRUE; //设置交换链在窗口模式下运行
//通过循环尝试不同的驱动器类型，从而确定能够成功创建设备和交换链
for (UINT driverTypeIndex = 0; driverTypeIndex < numDriverTypes; driverTypeIndex++)
{
//使用全局变量记录当前迭代的驱动器类型
g_driverType = driverTypes[driverTypeIndex];
//根据指定的驱动器类型和DirectX3D的版本尝试创建驱动器
hr = D3D11CreateDeviceAndSwapChain(NULL, g_driverType, NULL, createDeviceFlags, featureLevels, numFeatureLevels,
D3D11_SDK_VERSION, &sd, &g_pSwapChain, &g_pd3dDevice, &g_featureLevel, &g_pImmediateContext);
//如果创建成功则提前退出循环
if (SUCCEEDED(hr))
break;
}
//如果创建失败则返回错误信息
if (FAILED(hr))
return hr;
//创建渲染目标视图（需要后缓冲区中的纹理数据）
ID3D11Texture2D* pBackBuffer = NULL;
//尝试获取后缓冲区的纹理数据，获取失败则返回提示信息
hr = g_pSwapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&pBackBuffer);
if (FAILED(hr))
return hr;
//尝试创建一个目标视图并将其与后缓冲区的纹理相关联
hr = g_pd3dDevice->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, NULL, &g_pRenderTargetView);
//创建完成后则释放后缓冲区的数据防止内存泄露
pBackBuffer->Release();
if (FAILED(hr))
return hr;
//创建深度模板纹理并对其相关属性进行设置
D3D11_TEXTURE2D_DESC descDepth;
ZeroMemory(&descDepth, sizeof(descDepth)); //清空改变量的缓冲区内容防止出错
descDepth.Width = width; //设置宽度
descDepth.Height = height; //设置高度
descDepth.MipLevels = 1; //表示不使用纹理数组
descDepth.ArraySize = 1; //表示不使用纹理数组
descDepth.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT; //设置纹理格式
descDepth.SampleDesc.Count = 1; //不使用多重采样
descDepth.SampleDesc.Quality = 0; //不使用多重采样的默认设置
descDepth.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT; //设置纹理用途（被GPU读写）
descDepth.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL; //设置绑定标志
descDepth.CPUAccessFlags = 0; //设置CPU不允许访问纹理
descDepth.MiscFlags = 0; //不设置其他标志
//尝试创建一个深度模板纹理
hr = g_pd3dDevice->CreateTexture2D(&descDepth, NULL, &g_pDepthStencil);
if (FAILED(hr))
return hr;
//创建深度模板视图并将其与渲染目标相关联
D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC descDSV;
ZeroMemory(&descDSV, sizeof(descDSV)); //将结构体的内容初始化为0确保每一个字段都被正常初始化
descDSV.Format = descDepth.Format; //将深度模板视图的格式设置为与深度模板纹理相同的格式
descDSV.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D; //设置视图维度（2D视图）
descDSV.Texture2D.MipSlice = 0; //【通常设置】
//创建深度模板视图并将其与渲染目标相关联
hr = g_pd3dDevice->CreateDepthStencilView(g_pDepthStencil, &descDSV, &g_pDepthStencilView);
//如果创建失败则返回错误信息
if (FAILED(hr))
return hr;
//将渲染目标视图和深度模板视图设置为当前的渲染目标（意味着渲染操作将绘制到这些视图中）
g_pImmediateContext->OMSetRenderTargets(1, &g_pRenderTargetView, g_pDepthStencilView);
//设置视口（用于确定渲染目标的可见区域的矩形）
D3D11_VIEWPORT vp;
vp.Width = (FLOAT)width; //设置视口的宽度（与客户区的宽度匹配）
vp.Height = (FLOAT)height; //设置高度（与客户区的高度匹配）
vp.MinDepth = 0.0f; //设置深度范围为0.0f-1.0f
vp.MaxDepth = 1.0f;
vp.TopLeftX = 0; //【通常设置】
vp.TopLeftY = 0; //【通常设置】
//将配置好的视口设置为当前渲染上下文的视口
g_pImmediateContext->RSSetViewports(1, &vp);
//编译顶点着色器
ID3DBlob* pVSBlob = NULL; //接收编译完成的着色器代码
//对顶点着色器进行编译（传入的参数分别是着色器文件路径、入口点名称、着色器模型版本、保存的指针）
hr = CompileShaderFromFile(L"Test4.fx", "VS", "vs_4_0", &pVSBlob);
//如果编译过程出错，则通过消息框输出提示信息
if (FAILED(hr))
{
MessageBox(NULL,
L"啊哦，您所提供的FX文件路径好像不正确呢！请给出正确的文件路径", L"Error", MB_OK);
return hr;
}
//根据顶点着色器代码的编译结果创建一个顶点着色器对象
hr = g_pd3dDevice->CreateVertexShader(pVSBlob->GetBufferPointer(), pVSBlob->GetBufferSize(), NULL, &g_pVertexShader);
//如果创建失败则会将之前的顶点着色器编译结果释放并返回
if (FAILED(hr))
{
pVSBlob->Release();
return hr;
}
//定义输入布局（描述顶点数据的组织方式：由位置、法线和纹理三部分组成）
D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC layout[] =
{
{ "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
{ "NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
{ "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
};
//获取输入布局数组的元素数量
UINT numElements = ARRAYSIZE(layout);
//根据上面的定义的输入布局创建输入布局
hr = g_pd3dDevice->CreateInputLayout(layout, numElements, pVSBlob->GetBufferPointer(),
pVSBlob->GetBufferSize(), &g_pVertexLayout);
//释放已经不需要使用的顶点着色器编译结果
pVSBlob->Release();
//如果创建失败则返回失败代码
if (FAILED(hr))
return hr;
//根据创建的输入布局进行设置（确保顶点数据按照正确的格式传递给顶点着色器）
g_pImmediateContext->IASetInputLayout(g_pVertexLayout);
//编译像素着色器文件
ID3DBlob* pPSBlob = NULL;
hr = CompileShaderFromFile(L"Test4.fx", "PS", "ps_4_0", &pPSBlob);
//编译失败则通过错误框给出提示
if (FAILED(hr))
{
MessageBox(NULL,
L"啊哦，您所提供的FX文件路径好像不正确呢！请给出正确的文件路径", L"Error", MB_OK);
return hr;
}
//根据像素着色器的编译结果创建像素着色器
hr = g_pd3dDevice->CreatePixelShader(pPSBlob->GetBufferPointer(), pPSBlob->GetBufferSize(), NULL, &g_pPixelShader);
//将已经不需要使用的像素着色器编译结果释放
pPSBlob->Release();
//如果出错则给出错误代码
if (FAILED(hr))
return hr;
//编译另一个像素着色器（在同一个文件中）用于进行五种光照的展示
pPSBlob = NULL;
hr = CompileShaderFromFile(L"Test4.fx", "PSSolid", "ps_4_0", &pPSBlob);
if (FAILED(hr))
{
MessageBox(NULL,
L"啊哦，您所提供的FX文件路径好像不正确呢！请给出正确的文件路径.", L"Error", MB_OK);
return hr;
}
//根据编译结果创建另一个像素着色器
hr = g_pd3dDevice->CreatePixelShader(pPSBlob->GetBufferPointer(), pPSBlob->GetBufferSize(), NULL, &g_pPixelShaderSolid);
//释放已经不需要使用了的编译结果
pPSBlob->Release();
if (FAILED(hr))
return hr;
//使用STL向量存储五种类型的光照
std::vector<LPCSTR> shaders{ "PSAmbient","PSLambertian","PSBlinn","PSToon","PSTexture" };
//分别对五种不同的光照类型做初始化
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
{
//对着色器文件种当前编号的对应的光照进行编译
pPSBlob = NULL;
hr = CompileShaderFromFile(L"Test4.fx", shaders[i], "ps_4_0", &pPSBlob);
//如果编译失败则给出错误提示信息
if (FAILED(hr))
{
MessageBox(NULL,
L"啊哦，您所提供的FX文件路径好像不正确呢！请给出正确的文件路径C.", L"Error", MB_OK);
return hr;
}
//根据编译好的结果创建对应的像素着色器
hr = g_pd3dDevice->CreatePixelShader(pPSBlob->GetBufferPointer(), pPSBlob->GetBufferSize(), NULL, &g_pPixelSh[i]);
//释放像素着色器的编译结果防止内存泄露
pPSBlob->Release();
if (FAILED(hr))
return hr;
}
//创建一个长度为茶壶的顶点总数的数组
SimpleVertex* vertices = new SimpleVertex[numVerticeTotal];
int index = 0;
//遍历茶壶文件的所有网格并将茶壶的大小进行缩放（不然图中无法展示五个茶壶）
for (unsigned int i = 0; i < teapot->mNumMeshes; i++)
{
auto pMesh = teapot->mMeshes[i];
for (unsigned int j = 0; j < pMesh->mNumVertices; j++)
{
//修改网格的大小（进行缩放）
float x = pMesh->mVertices[j].x * 0.4;
float y = pMesh->mVertices[j].y * 0.4;
float z = pMesh->mVertices[j].z * 0.4;
//调整法线的方向（用于调整光照效果）
float a = pMesh->mNormals[j].x * 0.3;
float b = pMesh->mNormals[j].y * 0.3;
float c = pMesh->mNormals[j].z * 0.3;
//存储缩放后的顶点位置和法线
vertices[index++] = { XMFLOAT3(x,y,z), XMFLOAT3(a,b,c) };
}
}
//创建顶点缓冲区用于存储顶点数据
D3D11_BUFFER_DESC bd;
ZeroMemory(&bd, sizeof(bd)); //清空内存用于初始化
bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT; //设置缓冲区的用途（GPU读写）
bd.ByteWidth = sizeof(SimpleVertex) * numVerticeTotal; //设置缓冲区的字节宽度
bd.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER; //设置缓冲区的绑定标志
bd.CPUAccessFlags = 0; //设置CPU不可访问缓冲区
//创建初始化顶点缓冲区所用的数据
D3D11_SUBRESOURCE_DATA InitData;
ZeroMemory(&InitData, sizeof(InitData)); //清空内存用于初始化
InitData.pSysMem = vertices; //使用vertices数组中的内容初始化缓冲区
//指定顶点缓冲区指针、初始化的数据和设备来创建顶点缓冲区
hr = g_pd3dDevice->CreateBuffer(&bd, &InitData, &g_pVertexBuffer);
if (FAILED(hr))
return hr;
//设置顶点缓冲区
UINT stride = sizeof(SimpleVertex);
UINT offset = 0;
//根据指定的设置设置顶点缓冲区
g_pImmediateContext->IASetVertexBuffers(0, 1, &g_pVertexBuffer, &stride, &offset);
//创建索引缓冲区
//由于每个三角形有三个点，因此索引数量是三角形的数量的三倍
WORD* indices = new WORD[faceNum * 3];
unsigned int pos = 0;
unsigned int meshPos = 0;
for (int i = 0; i < teapot->mNumMeshes; i++)
{
for (int j = 0; j < teapot->mMeshes[i]->mNumFaces; j++)
{
struct aiFace face = teapot->mMeshes[i]->mFaces[j];
for (int k = 0; k < face.mNumIndices; k++)
{
int index = face.mIndices[k];
indices[pos++] = index + meshPos;
}
}
meshPos += teapot->mMeshes[i]->mNumVertices;
}
//对索引缓冲区进行设置
bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT; //设置用途为在GPU上进行读写
bd.ByteWidth = sizeof(WORD) * faceNum * 3; //设置缓冲区的字节宽度
bd.BindFlags = D3D11_BIND_INDEX_BUFFER; //设置缓冲区标志
bd.CPUAccessFlags = 0; //设置CPU不可访问
InitData.pSysMem = indices; //使用上面的indices数组初始化缓冲区
//根据上述的索引缓冲区设置创建一个索引缓冲区
hr = g_pd3dDevice->CreateBuffer(&bd, &InitData, &g_pIndexBuffer);
if (FAILED(hr))
return hr;
//将创建好的索引缓冲区绑定到输入装配阶段
g_pImmediateContext->IASetIndexBuffer(g_pIndexBuffer, DXGI_FORMAT_R16_UINT, 0);
//设置图元拓扑类型为三角形列表
g_pImmediateContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
//创建常量缓冲区（相关的设置和前面的缓冲区设置相同）
bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
bd.ByteWidth = sizeof(ConstantBuffer);
bd.BindFlags = D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER;
bd.CPUAccessFlags = 0;
hr = g_pd3dDevice->CreateBuffer(&bd, NULL, &g_pConstantBuffer);
if (FAILED(hr))
return hr;
//创建着色器资源视图，将教学平台提供的tile_wood图像加载到设备中以便在渲染中使用
hr = D3DX11CreateShaderResourceViewFromFile(g_pd3dDevice, L"tile_wood.jpg", NULL, NULL, &g_pTextureRV, NULL);
if (FAILED(hr))
return hr;
//创建一个采样器状态，确定如何从纹理图像中获取颜色样本进行渲染
D3D11_SAMPLER_DESC sampDesc;
ZeroMemory(&sampDesc, sizeof(sampDesc));
sampDesc.Filter = D3D11_FILTER_MIN_MAG_MIP_LINEAR;
sampDesc.AddressU = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
sampDesc.AddressV = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
sampDesc.AddressW = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
sampDesc.ComparisonFunc = D3D11_COMPARISON_NEVER;
sampDesc.MinLOD = 0;
sampDesc.MaxLOD = D3D11_FLOAT32_MAX;
hr = g_pd3dDevice->CreateSamplerState(&sampDesc, &g_pSamplerLinear);
if (FAILED(hr))
return hr;
//初始化世界矩阵
g_World = XMMatrixIdentity();
//初始化视角矩阵（也就是人的观察位置）
XMVECTOR Eye = XMVectorSet(0.0f, 4.0f, -10.0f, 0.0f);
XMVECTOR At = XMVectorSet(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
XMVECTOR Up = XMVectorSet(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
g_View = XMMatrixLookAtLH(Eye, At, Up);
//初始化投影矩阵
g_Projection = XMMatrixPerspectiveFovLH(XM_PIDIV4, width / (FLOAT)height, 0.01f, 100.0f);
return S_OK;
}
//清理已经创建的设备的函数
inline void CleanupDevice(void)
{
if (g_pImmediateContext) g_pImmediateContext->ClearState();
if (g_pConstantBuffer) g_pConstantBuffer->Release();
if (g_pVertexBuffer) g_pVertexBuffer->Release();
if (g_pIndexBuffer) g_pIndexBuffer->Release();
if (g_pVertexLayout) g_pVertexLayout->Release();
if (g_pVertexShader) g_pVertexShader->Release();
if (g_pPixelShaderSolid) g_pPixelShaderSolid->Release();
if (g_pPixelShader) g_pPixelShader->Release();
if (g_pDepthStencil) g_pDepthStencil->Release();
if (g_pDepthStencilView) g_pDepthStencilView->Release();
if (g_pRenderTargetView) g_pRenderTargetView->Release();
if (g_pSwapChain) g_pSwapChain->Release();
if (g_pImmediateContext) g_pImmediateContext->Release();
if (g_pd3dDevice) g_pd3dDevice->Release();
}
//处理窗口消息的函数（传入的参数包括窗口、消息类型和附加参数）
LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
PAINTSTRUCT ps;
HDC hdc;
//根据消息类型进行对应的操作
switch (message)
{
//重绘窗口内容
case WM_PAINT:
hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);
EndPaint(hWnd, &ps);
break;
//窗口关闭
case WM_DESTROY:
PostQuitMessage(0);
break;
//其他类型消息：调用默认的窗口消息处理函数
default:
return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
}
return 0;
}
//对一帧图像进行渲染的函数
void Render(void)
{
//更新时间
static float t = 0.0f;
//对于参考类型的设备，以固定的速度旋转
if (g_driverType == D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE)
{
t += (float)XM_PI * 0.0125f;
}
//对于其他类型的设备，时间的修改是根据当前获取的时间进行的
else
{
static DWORD dwTimeStart = 0;
DWORD dwTimeCur = GetTickCount();
if (dwTimeStart == 0)
dwTimeStart = dwTimeCur;
t = (dwTimeCur - dwTimeStart) / 1200.0f;
}
//绕着原点进行旋转
g_World = XMMatrixRotationY(t);
//设置背景颜色
float ClearColor[4] = { 0.25f, 0.25f, 0.25f, 1.0f };
g_pImmediateContext->ClearRenderTargetView(g_pRenderTargetView, ClearColor);
//清空深度缓冲区的内容准备进行深度测试
g_pImmediateContext->ClearDepthStencilView(g_pDepthStencilView, D3D11_CLEAR_DEPTH, 1.0f, 0);
//创建一个常量缓冲区用于将新的信息传递到着色器（包括三种矩阵、视角和光照效果）
ConstantBuffer cb1;
cb1.mWorld = XMMatrixTranspose(g_World);
cb1.mView = XMMatrixTranspose(g_View);
cb1.mProjection = XMMatrixTranspose(g_Projection);
cb1.vLightDir = XMFLOAT4(-1.0f, 1.0f, -1.5f, 1.0f);
cb1.vLightColor = XMFLOAT4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
cb1.vOutputColor = XMFLOAT4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
cb1.objectColor = XMFLOAT4(0.8f, 1.0f, 0.8f, 1.0f);
cb1.hightLightColor = XMFLOAT4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
cb1.eye = XMFLOAT4(0.0f, 4.0f, -10.0f, 1.0f);
//更新全局变量中的常量缓冲区
g_pImmediateContext->UpdateSubresource(g_pConstantBuffer, 0, NULL, &cb1, 0, 0);
//对五个茶壶模型分别进行渲染（通过迭代的方法）
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
{
cb1.mWorld = XMMatrixTranspose(g_World * XMMatrixTranslation(-4.0f + i * 2, 0.0f, 0.0f));
g_pImmediateContext->UpdateSubresource(g_pConstantBuffer, 0, NULL, &cb1, 0, 0);
g_pImmediateContext->VSSetShader(g_pVertexShader, NULL, 0);
g_pImmediateContext->VSSetConstantBuffers(0, 1, &g_pConstantBuffer);
g_pImmediateContext->PSSetShader(g_pPixelSh[i], NULL, 0);
g_pImmediateContext->PSSetConstantBuffers(0, 1, &g_pConstantBuffer);
g_pImmediateContext->PSSetShaderResources(0, 1, &g_pTextureRV);
g_pImmediateContext->PSSetSamplers(0, 1, &g_pSamplerLinear);
g_pImmediateContext->DrawIndexed(faceNum * 3, 0, 0);
}
//将后台缓冲区的内容呈现到前台缓冲区（屏幕）来展示渲染结果
g_pSwapChain->Present(0, 0);
}
着色器文件代码
Texture2D txDiffuse : register(t0);
SamplerState samLinear : register(s0);
cbuffer ConstantBuffer : register(b0)
{
matrix World;
matrix View;
matrix Projection;
float4 vLightDir;
float4 vLightColor;
float4 vOutputColor;
float4 objectColor;
float4 hightLightColor;
float4 eye;
}
//顶点着色器输入数据格式
struct VS_INPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float3 Norm : NORMAL;
float2 Tex : TEXCOORD0;
};
//像素着色器输入数据格式
struct PS_INPUT
{
float4 Pos : SV_POSITION;
float3 Norm : NORMAL;
float4 Pos_world : Position;
float2 Tex : TEXCOORD0;
};
//顶点着色器函数
PS_INPUT VS(VS_INPUT input)
{
PS_INPUT output = (PS_INPUT)0;
output.Pos = mul(input.Pos, World);
output.Pos_world = output.Pos;
output.Pos = mul(output.Pos, View);
output.Pos = mul(output.Pos, Projection);
output.Norm = mul(input.Norm, World);
output.Tex = input.Tex;
return output;
}
//原始的像素着色器函数
float4 PS(PS_INPUT input) : SV_Target
{
float4 finalColor = 0;
//do NdotL lighting for 2 lights
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
finalColor += saturate(dot((float3)vLightDir[i],input.Norm) * vLightColor[i]);
}
finalColor.a = 1;
return finalColor;
}
//固定颜色像素着色器
float4 PSSolid(PS_INPUT input) : SV_Target
{
return vOutputColor;
}
//环境光着色器
float4 PSAmbient(PS_INPUT input) : SV_Target
{
return vOutputColor;
}
//漫反射光照着色器
float4 PSLambertian(PS_INPUT input) : SV_Target
{
return saturate(objectColor * vLightColor * max(0, dot(input.Norm,vLightDir))) + vOutputColor;
}
//Blinn-Phong光照着色器
float4 PSBlinn(PS_INPUT input) : SV_Target
{
float4 posLight = normalize(vLightDir - input.Pos_world);
float4 posView = normalize(eye - input.Pos_world);
float4 h = posLight + posView;
float4 b = normalize(h);
return saturate(hightLightColor * objectColor * pow(max(0, dot(input.Norm, b)), 0.9)) + PSLambertian(input);
}
//卡通渲染着色器
float4 PSToon(PS_INPUT input) : SV_Target
{
float a = max(0, dot(input.Norm, vLightDir));
float4 L1 = float4(0.1f, 0.2f, 0.1f, 0.0f);
float4 L2 = float4(0.2f, 0.4f, 0.2f, 0.0f);
float4 L3 = float4(0.4f, 0.6f, 0.4f, 0.0f);
float4 L4 = float4(0.6f, 0.8f, 0.6f, 0.0f);
float TH1 = 0.2;
float TH2 = 0.4;
float TH3 = 0.6;
float TH4 = 1;
if (a < TH1)
return L1;
if (a >= TH1 && a < TH2)
return L2;
if (a >= TH2 && a < TH3)
return L3;
if (a >= TH3 && a < TH4)
return L4;
return 0;
}
//纹理映射着色器
float4 PSTexture(PS_INPUT input) : SV_Target
{
return txDiffuse.Sample(samLinear, input.Tex) * vLightColor * max(0, dot(input.Norm, vLightDir));
}
效果展示
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-751696.html
到了这里，关于DirectX3D 虚拟现实项目 三维物体的光照及着色（五个不同着色效果的旋转茶壶）的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
