Directx11教程(52) 实例(instancing)的简单应用

     有些时候，我们需要在场景中渲染大量的重复的物体，比如体育场中的观众，森林里面的树木等等，这些物体具有相似的形状，比如很多树木，只是位置不同，或者贴图不同而已，如果重复渲染这些树木，用billboard技术，n棵树，就要输入n*4个顶点，在树木很多的时候，这也是比不小的开销，因为每次都要在system memory和gpu之间传输数据。

     在D3D11中，通过使用实例技术，可以有效的减少这种开销。

     实例技术的主要实现方式：定义一个顶点缓冲，然后再定义第二个缓冲，称作实例缓冲，只记录物体变化的信息，比如改变位置的信息等等。这样只需传入少量的顶点就可以有效的渲染大量的物体。

下面，我们在myTutorialD3D11_45的基础上，通过实例技术，画4棵树。

1、首先修改MirrorModelClass,因为我们的树通过billboard实现，这个类用来定义顶点和实例缓冲信息(因为我们的代码是修改来的，所以我并没有改类的名字，按道理说，用TreeModelClass或许更直观一些)

    定义实例类结构，我们只改变物体的位置，所以结构非常简单,然后再定义实例缓冲和实例计数(去掉了索引缓冲)。

     struct InstanceType { D3DXVECTOR3 position; };

…

ID3D11Buffer* m_instanceBuffer; //实例缓冲
int m_instanceCount;

     实例缓冲定义的代码如下：

instances[0].position = D3DXVECTOR3(-5.5f, 0.0f, 5.0f);
instances[1].position = D3DXVECTOR3(-1.5f,  0.0f, 5.0f);
instances[2].position = D3DXVECTOR3( 5.5f, 0.0f, 15.0f);
instances[3].position = D3DXVECTOR3( 1.5f,  0.0f, 9.0f);

…
// 创建实例缓冲.
instanceBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
instanceBufferDesc.ByteWidth = sizeof(InstanceType) * m_instanceCount;
instanceBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
instanceBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
instanceBufferDesc.MiscFlags = 0;
instanceBufferDesc.StructureByteStride = 0;

// 指向实例临时缓冲.
instanceData.pSysMem = instances;
instanceData.SysMemPitch = 0;
instanceData.SysMemSlicePitch = 0;

result = device->CreateBuffer(&instanceBufferDesc, &instanceData, &m_instanceBuffer);
if(FAILED(result))
    {
    return false;
    }

      再就是渲染缓冲函数的改变，这里面我们去掉了索引缓冲，还有值得注意的是我们使用三角形带(strip)的体元语义。因为在顶点缓冲中我们定义四个点，通过三角形带，我们可以很好的画一个矩形出来做billboard。

void MirrorModelClass::RenderBuffers(ID3D11DeviceContext* deviceContext)
    {
    unsigned int strides[2];
    unsigned int offsets[2];
    ID3D11Buffer* bufferPointers[2];

    // 设置顶点缓冲跨度和偏移.
    strides[0] = sizeof(VertexType);
    strides[1] = sizeof(InstanceType);

    offsets[0] = 0;
    offsets[1] = 0;

    // 指向顶点缓冲和实例缓冲.
    bufferPointers[0] = m_vertexBuffer;   
    bufferPointers[1] = m_instanceBuffer;

    //在input assemberl阶段绑定顶点缓冲和索引缓冲，以便能够被渲染
    deviceContext->IASetVertexBuffers(0, 2, bufferPointers, strides, offsets);

    // 设置体元语义，渲染三角形带
    deviceContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLESTRIP);

    return;
    }

    接着新定义一个LightTexInstanceShader类，该类是渲染实例物体的shader类，它的代码和LightTexShader类相似，我主要指出不同的部分，就是输入布局中，我们增加了实例缓冲，它会被传入vs中。

//实例数据
polygonLayout[5].SemanticName = "TEXCOORD";
polygonLayout[5].SemanticIndex = 1;
polygonLayout[5].Format = DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT;
polygonLayout[5].InputSlot = 1;
polygonLayout[5].AlignedByteOffset = 0;
polygonLayout[5].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_INSTANCE_DATA;
polygonLayout[5].InstanceDataStepRate = 1;

// 得到layout中的元素数量
numElements = sizeof(polygonLayout) / sizeof(polygonLayout[0]);

// 创建顶点输入布局.
result = device->CreateInputLayout(polygonLayout, numElements, vertexShaderBuffer->GetBufferPointer(), vertexShaderBuffer->GetBufferSize(),
    &m_layout);

再就是用DrawInstance代替DrawIndex函数。

// 渲染三角形实例
deviceContext->DrawInstanced(indexCount, instanceCount, 0, 0);

最后就是在GraphicsClass类中调用渲染树木实例：

result = m_LightTexInstanceShader->Render(m_D3D->GetDeviceContext(), m_MirrorModel->GetVertexCount(), m_MirrorModel->GetInstanceCount(), worldMatrix4, viewMatrix, projectionMatrix,
    light, material, camera,m_TexManager->createTex(m_D3D->GetDevice(),string("tree1.dds")));
if(!result)
    {
    return false;
    }

在vs中，我们会读取实例缓冲中的位置偏移，用它来偏移每个顶点，从而画出不同的实例：

struct VertexInputType
{
    float4 position : POSITION;
    float3 normal : NORMAL;
    float2 tex : TEXCOORD0; //纹理坐标
    float4 Kd : DIFFUSE;
    float4 Ks: SPECULAR;
    float3 instancePosition : TEXCOORD1;
};

…

// 用实例数据更新顶点位置.
input.position.x += input.instancePosition.x;
input.position.y += input.instancePosition.y;
input.position.z += input.instancePosition.z;

注意：对本章中的例子，我们通过偏移位置得到不同的实例,从而画出不同的树，但是我们只用了一个世界矩阵，对这些不同实例billboard，我们应该用不同世界矩阵，就是应该考虑每个实例的位置偏移，以便每个billboard树都能面向摄像机的方向。但我们现在这种方法，在cpu端计算世界矩阵可能并不太适合实例billboard。

程序执行后界面如下：

完整的代码请参考：

工程文件myTutorialD3D11_46

代码下载：

http://files.cnblogs.com/mikewolf2002/d3d1139-49.zip

http://files.cnblogs.com/mikewolf2002/pictures.zip