原文:Directx11教程(56) 建立一个skydome
本章建立一个skydome(天空穹),主要学习如何使用cube mapping。
cube map就是把六张纹理当作一个cube的六个面，而cube的中心，则是坐标轴，而六个面则是垂直于坐标轴某个轴，如下图所示，在cube mapping中，我们不在使用二维纹理坐标，而是用(u,v,w)三维纹理坐标，用这个坐标产生一个查询向量，这个向量和cube 纹理的交点，即为该顶点对应的纹理texel。
可以通过微软的Directx Texture tool制作cube map纹理，前提是要准备好6张无缝过度的图片，这可能需要专业的工具。如下图，就是用6张图片生成的cube map纹理图，每章图片对应cube的一个面。
我们建立的skydome是一个球形体，并不是skybox,但使用cube map的方法是一样的。
首先是建立一个SkyDomeModelClass类，这个类中的顶点结构比较简单，只有一个参数：position,至于skydome贴图用的纹理坐标，我们则是在vs中生成。
struct VertexType
{
D3DXVECTOR3 position;
};
SkyDome模型是通过SkyDomeModelClass中的函数BuildGeoSphere得到，它通过细分一个20面体，得到一个近似的球形模型，具体的细分算法是把一个三角形细分成四个三角形(取每条边的中点)，如下图所示：
生成SkyDome模型的代码如下：
//通过一个20面体细分，近似得到一个球体
void SkyDomeModelClass::BuildGeoSphere( int numSubdivisions, float radius, VertexList& vertices, IndexList& indices)
{
// 最小的细分数量.
numSubdivisions = min(numSubdivisions, 5);
const float X = 0.525731f;
const float Z = 0.850651f;
D3DXVECTOR3 pos[12] =
{
D3DXVECTOR3(-X, 0.0f, Z), D3DXVECTOR3(X, 0.0f, Z),
D3DXVECTOR3(-X, 0.0f, -Z), D3DXVECTOR3(X, 0.0f, -Z),
D3DXVECTOR3(0.0f, Z, X), D3DXVECTOR3(0.0f, Z, -X),
D3DXVECTOR3(0.0f, -Z, X), D3DXVECTOR3(0.0f, -Z, -X),
D3DXVECTOR3(Z, X, 0.0f), D3DXVECTOR3(-Z, X, 0.0f),
D3DXVECTOR3(Z, -X, 0.0f), D3DXVECTOR3(-Z, -X, 0.0f)
};
DWORD k[60] =
{
1,4,0, 4,9,0, 4,5,9, 8,5,4, 1,8,4,
1,10,8, 10,3,8, 8,3,5, 3,2,5, 3,7,2,
3,10,7, 10,6,7, 6,11,7, 6,0,11, 6,1,0,
10,1,6, 11,0,9, 2,11,9, 5,2,9, 11,2,7
};
vertices.resize(12);
indices.resize(60);
for(int i = 0; i < 12; ++i)
vertices[i] = pos[i];
for(int i = 0; i < 60; ++i)
indices[i] = k[i];
for(int i = 0; i < numSubdivisions; ++i)
Subdivide(vertices, indices);
//投影顶点到球面上，然后缩放顶点到球心的距离
for(int i = 0; i < vertices.size(); ++i)
{
D3DXVec3Normalize(&vertices[i], &vertices[i]);
vertices[i] *= radius;
}
}
//细分输入三角形，为四个面积相等的三角形
void SkyDomeModelClass::Subdivide(VertexList& vertices, IndexList& indices)
{
VertexList vin = vertices;
IndexList iin = indices;
vertices.resize(0);
indices.resize(0);
int numTris = (int)iin.size()/3;
for(int i = 0; i < numTris; ++i)
{
D3DXVECTOR3 v0 = vin[ iin[i*3+0] ];
D3DXVECTOR3 v1 = vin[ iin[i*3+1] ];
D3DXVECTOR3 v2 = vin[ iin[i*3+2] ];
D3DXVECTOR3 m0 = 0.5f*(v0 + v1);
D3DXVECTOR3 m1 = 0.5f*(v1 + v2);
D3DXVECTOR3 m2 = 0.5f*(v0 + v2);
vertices.push_back(v0); // 0
vertices.push_back(v1); // 1
vertices.push_back(v2); // 2
vertices.push_back(m0); // 3
vertices.push_back(m1); // 4
vertices.push_back(m2); // 5
//索引出四个三角形
indices.push_back(i*6+0);
…
indices.push_back(i*6+4);
}
}
另外我们新建一个SkyDomeShaderClass, 用来渲染SkyDome,它调用的vs,ps shader文件为cubetex.vs, cubetex.ps
在cubeTex.vs中，我们要注意两点：
1、设置skydome顶点的世界坐标系z=w,这样，skydome总会在远裁剪平面上。
2、用顶点local坐标做为cubemap的纹理坐标。
// set z = w so that z/w = 1 (i.e., skydome always on far plane).
//设置z=w
output.position = output.position.xyww;
//用local坐标做为cubemap查询向量.
output.tex = input.position;
cubeTex.ps中，我们通过cube sample函数得到cube纹理：
TextureCube gCubeMap;
…
float4 CubePixelShader(PixelInputType input) : SV_TARGET
{
return gCubeMap.Sample(SampleType, input.tex);
}
在GraphicsClass类中渲染SkyDome时，我们要关掉cull，再就是建立一个skydome专用depthstencil状态,在该状态中深度比较函数是： D3D11_COMPARISON_LESS_EQUAL
//skyome 顶点和索引数据放入缓冲区，准备渲染
m_SkydomeModel->Render(m_D3D->GetDeviceContext());
m_D3D->EnableCubeDepthStencil();
m_D3D->ChangeNoCullMode(true);
result = m_SkydomeShader->Render(m_D3D->GetDeviceContext(), m_SkydomeModel->GetIndexCount(), worldMatrix, viewMatrix, projectionMatrix,
m_TexManager->createCubeTex(m_D3D->GetDevice(),string("grassenvmap1024.dds")));
if(!result)
{
return false;
}
m_D3D->ChangeNoCullMode(false);
m_D3D->EnableDefaultDepthStencil();
另外，在textureManagerClass类中，我们增加了函数createCubeTex，专门用来读入cube texture
ID3D11ShaderResourceView* TexManagerClass::createCubeTex(ID3D11Device* device,string filename)
{
// 如果纹理资源已经存在，则返回，否则创建
for(int i = 0; i < m_TextureRVs.size(); ++i)
if(! m_TextureNames[i].compare(filename) )
return m_TextureRVs[i];
HRESULT result;
D3DX11_IMAGE_LOAD_INFO loadInfo;
loadInfo.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE;
ID3D11Texture2D* tex = 0;
result = D3DX11CreateTextureFromFile(device, stringToLPCWSTR(filename), &loadInfo, 0, (ID3D11Resource**)&tex, 0) ;
…
D3D11_TEXTURE2D_DESC texDesc;
tex->GetDesc(&texDesc);
D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC viewDesc;
viewDesc.Format = texDesc.Format;
viewDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURECUBE;
viewDesc.TextureCube.MipLevels = texDesc.MipLevels;
viewDesc.TextureCube.MostDetailedMip = 0;
ID3D11ShaderResourceView* rv = 0;
result = device->CreateShaderResourceView(tex, &viewDesc, &rv);
if(FAILED(result))
{
HR(result);
return false;
}
m_TextureNames.push_back(filename);
m_TextureRVs.push_back(rv);
return rv;
}
程序执行后界面如下，你可以旋转摄像机，看看能不能超过skydome的包围： 
完整的代码请参考：
工程文件myTutorialD3D11_51
代码下载：