Directx11學習筆記【十七】紋理貼圖

本文由zhangbaochong原創，轉載請註明出處http://www.cnblogs.com/zhangbaochong/p/5596180.html

     

      在以前的例子中，咱們實現了光照和材質使得場景大大增長了真實感，然而材質提供的細節只是在頂點級別上，要想在像素級別提供細節還得藉助於紋理，此次讓咱們學習dx11中一些有關紋理的基礎。

1.紋理座標

1

       在direct3d中，紋理座標用一個二維向量(u,v)表示，紋理左上角爲原點，u正方向沿紋理水平向右，v正方向沿紋理垂直向下，且0<=u,v<=1。因此，(0,0)表明左上角，(1,1)表明右下角，(0.5,0.25)表明圖中點的位置。這樣，咱們在指定紋理座標時就不須要考慮紋理大小了，不管對於256*256，512*512仍是1024*1024的紋理，(0.5,0.5)表示的都是正中間。

       若是給出了一個三角形三個頂點對應的紋理座標，那麼三角形內部的紋理座標就須要插值來計算了。以下圖所示，一個三角形三個頂點(p1,p2,p3)對應紋理座標(q1,q2,q3),那麼三角形內部任意一點(x,y,z)=p0 + s(p1 - p0) + t(p2 - p0)，那麼對應的紋理座標(u,v)=q0 + s(q1 - q0) + t(q2 - q0)。

2.紋理過濾

       紋理貼圖的元素其實是由離散的顏色值組成的，而不能看作是一塊矩形區域。理想狀況是一張512*512紋理剛好投影在一塊512*512大小的屏幕上，一個像素對應一個紋理值，可是一般狀況並非這樣的。當屏幕像素不能和紋理值一一對應時應該怎麼作呢？這種狀況也分爲兩種：一種是攝像機不斷靠近紋理，這時一張很小的紋理就可能覆蓋整個屏幕，因而一個紋理值就要對應不少個像素；第二種狀況偏偏相反，攝像機不斷遠離紋理圖片，當投影在屏幕的足夠小時，就有可能不少紋理值會投影在同一像素上。這種狀況，就須要紋理過濾，兩種狀況也對應兩種紋理過濾方式:Magnification和Minification狀況。

2.1放大(Magnification)

      假設一張 256*256的紋理覆蓋了1024*1024的屏幕大小，那麼這時一個紋理對應16個屏幕像素，這16個像素對應同一個紋理值，如何取得顏色呢？d3d主要有兩種過濾方式：取最近點和線性插值。

2.1.1取最近點(Nearest neighbor point)

      對於任意像素對應的紋理座標值，取距離最近的紋理值。

    

2.1.2線性插值(Linear interpolate)

      與座標最近的4個紋理值進行插值獲得最終結果。看下圖就很清楚了：

2.2縮小(Minification)

       在Minification狀況下，多個紋理元素被投影在屏幕上同一個像素位置。好比一個1024*1024的紋理，投影在屏幕上256*256範圍的空間內，平均每一個像素覆蓋16個紋理值。這種狀況下，最流行的過濾方法稱爲Mipmaping。在該方法中，使用到一個Mipmap鏈。Mipmap鏈是原紋理組成的一個數組，數組中第一個紋理爲原始紋理，後面的第一個紋理在u、v尺寸上爲上一個紋理的一半，依次計算，直接紋理尺寸爲1爲止。以下圖所示：

      這樣在運行時，硬件會選擇合適的紋理。選擇合適的紋理也有兩種方法：Point Filtering和Linear Filtering。原理與上面說的很相近就再也不說明了。

2.3各向異性過濾(Anisotropic Filtering)

      還有一種高級的過濾方式稱爲各向異性過濾，這種過濾方式對於視線與物體表面法線成90度時狀況的效果比較好。

右邊圖使用了各向異性過濾方式。

3.紋理座標尋址(Address modes)

     紋理座標被限制在(0,1)之間，但爲頂點指點(0,1)以外的紋理座標仍然是被容許的，這時解析出來的座標值就和紋理座標尋址方式有關了。d3d中支持的紋理尋址方式主要有如下幾種：

3.1wrap

     貼圖在物體表面重復，相似於咱們設置桌面是圖片的平鋪方式。當座標大於1時，經過去掉整數部分，根據獲得的小數部分來獲得紋理值；座標小於0，則加上一個最小正數，讓座標大於0。

3.2border

     當紋理座標不在(0,1)範圍時，咱們能夠手動指定一個值來使用。

3.3clamp

       座標超過正常範圍時，使用在(0,1)範圍的座標與該座標最近的點的紋理值。例如，座標(u,v)，u在(0,1)範圍內，而v>1，則使用(u,1)做爲最終紋理值。若是u>1,v>1，則使用(1,1)做爲紋理值。

3.4mirror

      每當紋理座標越過一個整數值時，使用的紋理與越過整數值以前的紋理成鏡像關係。

4.使用紋理

        d3d11中紋理對應的接口爲ID3D11Texture2D，一個紋理能夠在管線的多個階段使用，使用的時候要先綁定到相應階段。而真正綁定到管線的不是紋理自己，而是紋理對應的視圖。下面來介紹一下c++和HLSL中紋理的使用方式。

4.1 c++中

      在c++讀取圖片使用紋理主要有兩個步驟：建立紋理和建立相應階段的視圖。在dx11龍書中這兩個步驟是經過一個函數D3DX11CreateShaderResourceViewFromFile實現的，函數原型以下：

HRESULT D3DX11CreateShaderResourceViewFromFile(
  _In_  ID3D11Device             *pDevice,
  _In_  LPCTSTR                  pSrcFile,
  _In_  D3DX11_IMAGE_LOAD_INFO   *pLoadInfo,
  _In_  ID3DX11ThreadPump        *pPump,
  _Out_ ID3D11ShaderResourceView **ppShaderResourceView,
  _Out_ HRESULT                  *pHResult
);

      可是在最新的sdk中該方法已經廢棄了，針對這一點MSDN的解釋：

Note  The D3DX (D3DX 9, D3DX 10, and D3DX 11) utility library is deprecated for Windows 8 and is not supported for Windows Store apps.

Note  Instead of using this function, we recommend that you use these:

• DirectXTK library (runtime), CreateXXXTextureFromFile (where XXX is DDS or WIC)
• DirectXTex library (tools), LoadFromXXXFile (where XXX is WIC, DDS, or TGA; WIC doesn't support DDS and TGA; D3DX 9 supported TGA as a common art source format for games) then CreateShaderResourceView

     爲了加載紋理圖片，咱們能夠到github上下載DirectXTK或者DirectXTex，使用框架中的方法來代替D3DX11CreateShaderResourceViewFromFile。這裏以DirectXTex爲例，從github上下載下來，把DDSTextureLoader的代碼載入到咱們的工程中，使用CreateDDSTextureFromFile加載紋理圖像(紋理格式爲.dds,加載其餘格式紋理請自行查看文檔說明)，函數原型以下：

HRESULT CreateDDSTextureFromFile( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
                                      _In_z_ const wchar_t* szFileName,
                                      _Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
                                      _Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
                                      _In_ size_t maxsize = 0,
                                      _Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
                                    );

　　c++程序中使用：首先定義一個 ID3D11ShaderResourceView接口保存建立的視圖， 而後調用CreateDDSTextureFromFile函數建立。

hr = CreateDDSTextureFromFile(m_pd3dDevice, L"Texture/Wood.dds", nullptr, &m_pTexSRV);
    if (FAILED(hr))
    {
        MessageBox(nullptr, L"create texture failed!", L"error",MB_OK);
        return hr;
    }

         調用後相應的視圖就建立好了。

         爲了將紋理資源傳遞到effect文件中，咱們還須要定義一個指向effect全局變量的接口：ID3DX11EffectShaderResourceVariable，而後在編譯shader時獲得：

m_pFxTex = m_pFx->GetVariableByName("g_tex")->AsShaderResource();

 

       在Update函數中調用SetResource方法將建立的紋理視圖賦值給effect中的全局變量。

4.2 effect中    

      在HLSL中對應2D紋理的是Texture2D，可是要注意的是Texture2D的定義不能放在cbuffer中。

      在c++程序中咱們能夠經過ID3D11DeviceContext::PSSetSamplers來設置紋理過濾方式，在effect文件中咱們一樣能夠設置過濾方式(推薦在effect中設置)，設置方法以下：

//設置過濾方式
SamplerState samTex
{
    Filter = MIN_MAG_MIP_LINEAR;
};

　　這裏Minification、Magnification和Mipmap中紋理過濾方式所有使用線性過濾方法，如須要查看其它過濾方法，能夠查看MSDN中D3D11_FILTER的說明。

      因爲使用了紋理，頂點結構也須要改變。咱們再也不使用光照了，因此去掉法線，添加紋理座標：

struct VertexIn
{
    float3 pos : POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD;
};

struct VertexOut
{
    float4 posH  : SV_POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD;           
};

　　頂點着色器很簡單：

VertexOut VS(VertexIn vin)
{
    VertexOut vout;    
    vout.posH = mul(float4(vin.pos, 1.0f), g_worldViewProj);    
    vout.tex = vin.tex;    
    return vout;
}

　　像素着色器中須要使用紋理資源，經過函數Texture2D::sample(SamplerState samper, float2 texcoord)實現：

float4 PS(VertexOut pin) : SV_Target
{
    float4 texColor = g_tex.Sample(samTex,pin.tex);
    return texColor;
}

5.運行結果

源碼下載：http://files.cnblogs.com/files/zhangbaochong/TextureDemo.zip