在DirectX9.0中使用Mesh（2）

本章介绍D3DX库提供的与Mesh有关的接口、结构、函数。通过本章的学习，将能够加载复杂的3D模型，能够控制Mesh对象的精细程度。本章要达到的目标：

l          学习加载.x文件

l          理解使用渐进Mesh（Progressive Mesh）的好处和学习如何使用渐进Mesh接口ID3DXPMesh。将原文中的Progressive Mesh翻译为渐进网格，不知是否恰当

l          学习边界范围（Bounding Volume），以及如何使用D3DX函数创建边界范围

11.1.    关于ID3DXBuffer

这个接口贯穿整个D3DX库，需要对该接口有大体上的认识。ID3DXBuffer是D3DX用来管理连续内存块的结构，他只有两个方法：

l          LPVOID GetBufferPointer(); --返回数据块的首地址

l          DWORD GetBufferSize(); --返回缓冲区的大小，以字节为单位

例如，D3DXLoadMeshFromX函数就使用ID3DXBuffer返回Mesh对象的邻接信息。因邻接信息是DWORD数组，所以需要进行类型转换。如：

DWORD* info =(DWORD*)adjacencyInfo->GetBufferPointer(); D3DXMATERIAL* mtrls = (D3DXMATERIAL*)mtrlBuffer->GetBufferPointer();

又因为ID3DXBuffer是一个COM对象，所以，用完后，需要进行释放。

adjacencyInfo->Release(); mtrlBuffer->Release();

也可以使用如下函数创建一个空的ID3DXBuffer对象：

HRESULT WINAPI D3DXCreateBuffer(     DWORD NumBytes,     LPD3DXBUFFER *ppBuffer );

其中参数的含义显而易见。例如，创建一个包含四个整型数的缓冲区：

ID3DXBuffer* buffer = 0; D3DXCreateBuffer( 4 * sizeof(int), &buffer );

11.2.    X文件

使用D3DXCreate*函数，可以创建一些简单的几何体，如球、圆柱、立方体等。如果想通过手动设定顶点的方式创建较复杂的3D对象，你会发现这太麻烦了，简直无法做到！现在，可以使用很多种3D建模工具软件来完成这项枯燥工作，如3DS MAX，LightWave 3D，Maya等。使用这样的建模工具，可以在可视化的、交互的环境中设计复杂、逼真的模型，而且还有丰富的工具可用，使整个建模过程相当简单。这里的简单是相对于在“程序中手动设定顶点的方式建模”，实际上，这些建模工具还是相当复杂的，想得心应手的使用，可不是一朝一夕之功。

这些建模工具可以将所建立的模型的数据（几何信息，材质，动画等）保存到文件。我们需要从文件中分析提取需要的数据，然后应用到自己的3D程序中。有一种常用的文件格式，XFile，其扩展名为.x,较为简单，是Direct3D定义的文件格式，D3DX库提供了完整的支持，可满足一般的需要。

11.2.1. 加载一个.x文件

使用下面的函数加载存储在.x文件中的Mesh数据。它创建一个ID3DXMesh对象，然后从.x文件中读取Mesh的几何信息。

HRESULT WINAPI D3DXLoadMeshFromX(     LPCTSTR pFilename,     DWORD Options,     LPDIRECT3DDEVICE9 pD3DDevice,     LPD3DXBUFFER *ppAdjacency,     LPD3DXBUFFER *ppMaterials,     LPD3DXBUFFER *ppEffectInstances,     DWORD *pNumMaterials,     LPD3DXMESH *ppMesh );

l          pFileName –.x文件的文件名

l          Options –创建Mesh的标志。详情可参考SDK文档中的D3DXMESH枚举类型。常用的几个标志如下：

n          D3DXMESH_32BIT –使用32位的顶点索引，默认为16位

n          D3DXMESH_MANAGED –使用受控的内存缓冲池

n          D3DXMESH_WRITEONLY –缓冲区只可执行写操作

n          D3DXMESH_DYNAMIC –使用动态内存缓冲池

l          pD3DDevice –D3D设备指针

l          ppAdjacency –使用ID3DXBuffer返回Mesh的邻接信息，这是一个DWORD数组

l          ppMaterials –使用ID3DXBuffer返回Mesh的材质数据，这是一个D3DXMATERIAL类型数组

l          ppEffectInstances –使用ID3DXBuffer返回一个D3DXEFFECTINSTANCE结构数组

l          pNumMaterials –返回Mesh对象的材质数量，也就是通过ppMaterials返回的D3DXMATERIAL数组的元素数

l          ppMesh –返回ID3DXMesh对象

11.2.2. XFile材质

函数D3DXLoadMeshFromX的第七个参数返回Mesh对象的材质数量，第五个参数是D3DXMATERIAL的数组，包含Mesh的材质数据。D3DXMATERIAL结构的定义如下：

typedef struct D3DXMATERIAL {     D3DMATERIAL9 MatD3D;     LPSTR pTextureFilename; } D3DXMATERIAL;

这个结构很简单，包含一个D3DMATERIAL9结构和一个以0字符结束的字符串的指针，表示相关联的纹理文件。. x文件并不包含纹理数据，只包含纹理文件的文件名。使用该函数加载.x文件后，还需要根据纹理文件的文件名手动加载纹理。

函数D3DXLoadMeshFromX返回的D3DXMATERIAL数组正好与Mesh对象的子集相对应。也就是说，第I个子集的材质纹理信息就存储在ppMaterials[I]中。

11.2.3. X文件的应用实例

这个例子相当的简单，它加载bigship1.x文件，这是DirectX SDK中的一个文件。这里只列出代码的主要框架。

ID3DXMesh* Mesh = 0; vector<D3DMATERIAL9> Mtrls(0); vector<IDirect3DTexture9*> Textures(0);   bool Setup() {     HRESULT hr = 0;     //     // Load the XFile data.     //     ID3DXBuffer* adjBuffer = 0;     ID3DXBuffer* mtrlBuffer = 0;     DWORD numMtrls = 0;     hr = D3DXLoadMeshFromX(         "bigship1.x",         D3DXMESH_MANAGED,         Device,         &adjBuffer,         &mtrlBuffer,         0,         &numMtrls,         &Mesh);     if(FAILED(hr))     {         ::MessageBox(0, "D3DXLoadMeshFromX() - FAILED", 0, 0);         return false;     }     //     // Extract the materials, load textures.     //     if( mtrlBuffer != 0 && numMtrls != 0 )     {         D3DXMATERIAL* mtrls=(D3DXMATERIAL*)mtrlBuffer->GetBufferPointer();         for(int i = 0; i < numMtrls; i++)         {             // the MatD3D property doesn't have an ambient value             // set when it’s loaded, so set it now:             mtrls[i].MatD3D.Ambient = mtrls[i].MatD3D.Diffuse;             // save the ith material             Mtrls.push_back( mtrls[i].MatD3D );             // check if the ith material has an associative             // texture             if( mtrls[i].pTextureFilename != 0 )             {                 // yes, load the texture for the ith subset                 IDirect3DTexture9* tex = 0;                 D3DXCreateTextureFromFile(                     Device,                     mtrls[i].pTextureFilename,                     &tex);                 // save the loaded texture                 Textures.push_back( tex );             }             else             {                 // no texture for the ith subset                 Textures.push_back( 0 );             }         }     }     Release<ID3DXBuffer*>(mtrlBuffer); // done w/ buffer     .     . // Snipped irrelevant code to this chapter (e.g., setting up lights,     . // view and projection matrices, etc.)     .     return true; }

最后，渲染Mesh对象：

Device->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,0xffffffff, 1.0f, 0); Device->BeginScene(); for(int i = 0; i < Mtrls.size(); i++) {     Device->SetMaterial( &Mtrls[i] );     Device->SetTexture(0, Textures[i]);     Mesh->DrawSubset(i); } Device->EndScene(); Device->Present(0, 0, 0, 0);

11.2.4. 创建顶点的法向量

有时.x文件不包含顶点的法向量，这时，如果使用光照，则需要手动计算顶点的法向量。对于接口ID3DXMesh和其父接口ID3DXBaseMesh，可以使用如下函数计算顶点的法向量：

HRESULT WINAPI D3DXComputeNormals(     LPD3DXBASEMESH pMesh,     const DWORD *pAdjacency );

该函数将使用法向量的平均值作为顶点的法向量。如果提供了Mesh对象的邻接信息，则重复的顶点会被忽略；如果没有邻接信息，重复的顶点也会被重复计算。另外一点更加重要，需要计算法向量的Mesh对象的顶点格式必须包含D3DFVF_NORMAL标志。

如果.x文件中没有法向量数据，通过D3DXLoadMeshFromX函数创建的ID3DXMesh对象的顶点格式就不包含D3DFVF_NORMAL标志。因此，在计算法向量之前，必须使用D3DFVF_NORMAL标志复制Mesh对象。

// does the mesh have a D3DFVF_NORMAL in its vertex format? if ( !(pMesh->GetFVF() & D3DFVF_NORMAL) ) {     // no, so clone a new mesh and add D3DFVF_NORMAL to its format:     ID3DXMesh* pTempMesh = 0;     pMesh->CloneMeshFVF(         D3DXMESH_MANAGED,         pMesh->GetFVF() | D3DFVF_NORMAL, // add it here         Device,         &pTempMesh );     // compute the normals:     D3DXComputeNormals( pTempMesh, 0 );     pMesh->Release(); // get rid of the old mesh     pMesh = pTempMesh; // save the new mesh with normals }

11.3.    渐进模型（Progressive Mesh）

渐进Mesh是ID3DXPMesh接口的对象，可以简化边缩减转换（Edge Collapse Transformations (ECT)）。每次ECT都回减少一个顶点和一两个面。由于ECT过程是可逆的（他的逆过程叫顶点分裂），所以，可以通过逆过程将Mesh恢复到原始状态。当然，我们也无法得到比原始状态更精细的Mesh对象，最多只能将其恢复到原始状态。

Progressive Mesh和纹理中的mipmap十分相似。在较小的和远距离的对象上使用高分辨率的纹理纯粹是浪费，因为纹理的细节根本就表现不出来。对于Mesh对象也是一样，较小的距离较远的Mesh不需要太多的三角形，多了纯粹是浪费。所以，在渲染时，实在没有必要在这些根本表现不出来的地方浪费时间。

一种方法是，根据Mesh对象距离视点的距离调整其精细水准（LOD，Level Of Detail）。当距离增加时，可降低LOD；反之，则增加LOD。

这里只讨论ID3DXPMesh接口的用法，不讨论其实现细节。如果你感兴趣，可参考其它资料。

11.3.1. 生成一个渐进Mesh

使用下面的函数创建ID3DXPMesh对象：

HRESULT WINAPI D3DXGeneratePMesh(     LPD3DXMESH pMesh,     const DWORD *pAdjacency,     const D3DXATTRIBUTEWEIGHTS *pVertexAttributeWeights,     const FLOAT *pVertexWeights,     DWORD MinValue,     DWORD Options,     LPD3DXPMESH *ppPMesh );

l          pMesh –输入的普通的Mesh对象

l          pAdjacency –Mesh对象的邻接信息，这是一个DWORD数组

l          pVertexAttributeWeights –结构D3DXATTRIBUTEWEIGHTS的数组，元素个数为pMesh->GetNumVertices()，表示顶点的属性的权。在简化Mesh对象时，权值决定一个顶点被删除的可能性大小。该参数可以设为NULL，这时顶点使用默认的权值。

l          pVertexWeights –顶点的权，是float数组，元素个数是pMesh->GetNumVertices()，用于决定顶点在简化时被删除的可能性的大小。该参数也可设为NULL，这时，顶点默认的权值为1.0f。

l          MinValue –在简化Mesh时，顶点或者三角形数的最小个数。该参数是必要的，而且与顶点权值和顶点属性权值有关系，最终也许达不到该数值。

l          Options –只能取D3DXMESHSIMP枚举类型中的一个值：

n          D3DXMESHSIMP_VERTEX –上一个参数MinValue指顶点数

n          D3DXMESHSIMP_FACE –上一个参数MinValue指三角形数

l          ppPMesh –返回生成的渐进Mesh

11.3.2. 顶点的属性权

typedef struct _D3DXATTRIBUTEWEIGHTS {     FLOAT Position;     FLOAT Boundary;     FLOAT Normal;     FLOAT Diffuse;     FLOAT Specular;     FLOAT Texcoord[8];     FLOAT Tangent;     FLOAT Binormal; } D3DXATTRIBUTEWEIGHTS, *LPD3DXATTRIBUTEWEIGHTS;

通过这个结构，可以为顶点的每个属性指定一个权值，0.0表示属性没有权。权值越高，在简化时，越不易被删除。默认的权值如下：

D3DXATTRIBUTEWEIGHTS AttributeWeights; AttributeWeights.Position = 1.0; AttributeWeights.Boundary = 1.0; AttributeWeights.Normal = 1.0; AttributeWeights.Diffuse = 0.0; AttributeWeights.Specular = 0.0; AttributeWeights.Tex[8] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0};

一般情况下，推荐使用默认的权值，除非你认为非常有必要使用不同的权值。

11.3.3. ID3DXPMesh的方法

接口ID3DXPMesh继承自ID3DXBaseMesh，下面介绍一些常用的方法。

l          DWORD GetMaxFaces(VOID); --返回Mesh的最大三角形数

l          DWORD GetMaxVertices(VOID); --返回Mesh的最大顶点数

l          DWORD GetMinFaces(VOID); --返回Mesh的最少三角形数

l          DWORD GetMinVertices(VOID); --返回Mesh的最少顶点数

l          HRESULT SetNumFaces(DWORD Faces); --设置Mesh的三角形数。例如，假定Mesh现在有50个三角形，而想将其简化为30个三角形，则调用pmesh->SetNumFaces(30)。调整后的三角形数可能并不是我们设定的个数，因为PMesh的三角形数还有最大和最少的限制。

l          HRESULT SetNumVertices(DWORD Vertices); --设置PMesh的顶点个数。例如，假设现在PMesh有20个顶点，而为了增加其精细程度将顶点数增为40个，则只需调用pmesh->SetNumVertices(40)。与三角形数一样，最终的结果可能不是我们指定的数值，同样有最大最少个数的限制。

l          HRESULT TrimByFaces(

    DWORD NewFacesMin,

    DWORD NewFacesMax,

    DWORD *rgiFaceRemap,

    DWORD *rgiVertRemap

); --该方法设定PMesh三角形数的最大最小值。新的最大最小值必须在当前的最大最小值之间，即必须在[GetMinFaces()，GetMaxFaces()]内。同时，该方法还将返回三角形和顶点的重影射信息。

l          HRESULT TrimByVertices(

    DWORD NewVerticesMin,

    DWORD NewVerticessMax,

    DWORD *rgiFaceRemap,

    DWORD *rgiVertRemap

); --该方法与上面的方法相似。

11.3.4. 应用举例：Progressive Mesh

这个例子与前面的XFile例子相似，只是其中使用ID3DXPMesh接口。

与前例相似，我们使用如下的全局变量：

ID3DXMesh* SourceMesh = 0; ID3DXPMesh* PMesh = 0; // progressive mesh vector<D3DMATERIAL9> Mtrls(0); vector<IDirect3DTexture9*> Textures(0);

在创建Progressive Mesh之前，需要使用ID3DXMesh接口加载.x文件：

HRESULT hr = 0; // ...Load XFile data into SourceMesh snipped. // // ...Extracting materials and textures snipped.   // // Generate the progressive mesh. // hr = D3DXGeneratePMesh(     SourceMesh,     (DWORD*)adjBuffer->GetBufferPointer(), // adjacency     0, // default vertex attribute weights     0, // default vertex weights     1, // simplify as low as possible     D3DXMESHSIMP_FACE, // simplify by face count     &PMesh); Release<ID3DXMesh*>(SourceMesh); // done w/ source mesh Release<ID3DXBuffer*>(adjBuffer); // done w/ buffer if(FAILED(hr)) {     ::MessageBox(0, "D3DXGeneratePMesh() - FAILED", 0, 0);     return false; }

通常，因为顶点和顶点属性权值的缘故，很难将Mesh简化到只有一个三角形的程度，但是，如果指定将Mesh简化到一个三角形的程度，则可以将Mesh简化到解析度最低的程度。

现在，渐进Mesh已经生成了，但是，如果直接渲染，则Mesh的解析度此时最低。如果想渲染全解析度的PMesh，首先需要设置其三角形数：

// set to original (full) detail DWORD maxFaces = PMesh->GetMaxFaces(); PMesh->SetNumFaces(maxFaces);

在渲染PMesh时，我们使用键盘输入控制其解析度：A键将增加解析度，S键减小解析度。

// Get the current number of faces the pmesh has. int numFaces = PMesh->GetNumFaces(); // Add a face, note the SetNumFaces() will automatically // clamp the specified value if it goes out of bounds. if( ::GetAsyncKeyState('A') & 0x8000f ) {     // Sometimes we must add more than one face to invert     // an edge collapse transformation because of the internal     // implementation details of the ID3DXPMesh interface. In     // other words, adding one face may possibly result in a     // mesh with the same number of faces as before. Thus to     // increase the face count we may sometimes have to add     // two faces at once.     PMesh->SetNumFaces(numFaces + 1);     if(PMesh->GetNumFaces() == numFaces)         PMesh->SetNumFaces(numFaces + 2); } // Remove a face, note the SetNumFaces() will automatically // clamp the specified value if it goes out of bounds. if(::GetAsyncKeyState('S') & 0x8000f)     PMesh->SetNumFaces(numFaces - 1);

上面的方法直截了当，只是增加三角形数时，有时需要增加两个来满足ECT的需要。

最后，使用和渲染ID3DXMesh同样的方法渲染ID3DXPMesh。另外，为了更加直观的观察PMesh的三角形数的变化情况，使用黄色材质在线框模式（Wireframe Mode）下渲染Mesh的三角形。

Device->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,0xffffffff, 1.0f, 0); Device->BeginScene(); for(int i = 0; i < Mtrls.size(); i++) {     Device->SetMaterial( &Mtrls[i] );     Device->SetTexture(0, Textures[i]);     PMesh->DrawSubset(i);     // draw wireframe outline     Device->SetMaterial(&d3d::YELLOW_MTRL);     Device->SetRenderState(D3DRS_FILLMODE, D3DFILL_WIREFRAME);     PMesh->DrawSubset(i);     Device->SetRenderState(D3DRS_FILLMODE, D3DFILL_SOLID); } Device->EndScene(); Device->Present(0, 0, 0, 0);

11.4.    对象的边界范围

有时，需要计算Mesh对象的边界范围，常用的有两种类型：立方体和球。也有使用其它方法的，如圆柱体、椭球体、菱形体、太空舱形等。这里，我们只讨论立方体和球体两种边界形式。

边界盒或边界球常用来加速多物体间的可视范围测试、碰撞检测等。如果一个Mesh的边界盒/球不可见，就可认为Mesh也不可见。检测边界盒/球是否可见比检测Mesh中所有的三角形是否可见要方便得多。在碰撞检测中，如果一枚导弹点火起飞，我们需要检测他是否撞到了同一个场景中的目标。由于这些对象全是大量的三角形构成，我们可以依次检测每个对象的每个三角形，检测导弹（可以使用数学模型中的射线）是否撞到了这些三角形。这个方法需要进行多次的射线/三角形交点的运算。较好的方法是使用边界盒或边界球，计算射线与场景中的每个对象的边界盒/边界球的交点。如果射线与对象的边界范围相交，可以认为该对象被击中了。这是一个公平的近似方法，如果需要更高的精度，可以用边界范围法先去除那些明显不会相撞的对象，然后用更精确地方法检测很可能相撞的对象。如果边界范围检测发现相撞，则该对象就很有可能相撞。

D3DX库提供了计算Mesh对象边界盒/球的函数。这些函数使用顶点数组作为输入计算边界盒/球，可以使用各种顶点格式：

HRESULT WINAPI D3DXComputeBoundingSphere(     const D3DXVECTOR3 *pFirstPosition,     DWORD NumVertices,     DWORD dwStride,     D3DXVECTOR3 *pCenter,     FLOAT *pRadius );

l          pFirstPosition –顶点数组的地址，顶点的第一个向量需要是顶点的位置坐标

l          NumVertices –顶点的数目

l          dwStride –顶点大小，以字节为单位。因顶点中有很多附加数据，如法向量、纹理坐标等，计算边界范围不需要这些数据，所以，需要知道跳过多少数据才能找到下一个顶点的坐标。

l          pCenter –返回边界范围的中心

l          pRadius –返回边界球的半径

HRESULT WINAPI D3DXComputeBoundingBox(     const D3DXVECTOR3 *pFirstPosition,     DWORD NumVertices,     DWORD dwStride,     D3DXVECTOR3 *pMin,     D3DXVECTOR3 *pMax );

前三个参数与计算边界球的函数相同；后两个参数返回边界盒的最小和最大点。

11.4.1. 边界检测类型

为了使边界检测易于使用，我们实现几个辅助的数据结构：

struct BoundingBox {     BoundingBox();     bool isPointInside(D3DXVECTOR3& p);     D3DXVECTOR3 _min;     D3DXVECTOR3 _max; }; struct BoundingSphere {     BoundingSphere();     D3DXVECTOR3 _center;     float _radius; };   BoundingBox::BoundingBox() {     // infinite small bounding box     _min.x = FLT_MAX;     _min.y = FLT_MAX;     _min.z = FLT_MAX;     _max.x = -FLT_MAX;     _max.y = -FLT_MAX;     _max.z = -FLT_MAX; } bool BoundingBox::isPointInside(D3DXVECTOR3& p) {     // is the point inside the bounding box?     if (p.x >= _min.x && p.y >= _min.y && p.z >= _min.z &&         p.x <= _max.x && p.y <= _max.y && p.z <= _max.z)     {         return true;     }     else     {         return false;     } } BoundingSphere::BoundingSphere() {     _radius = 0.0f; }

11.4.2. 边界范围应用举例

该例子演示D3DXComputeBoundingSphere和D3DXComputeBoundingBox函数的用法。程序首先加载一个.x文件，然后计算Mesh的边界盒/球。代码中创建两个ID3DXMesh对象，分别使用边界盒和边界球。最后，分别渲染他们。

这个例子很简单，这里只给出有关边界范围的代码：

bool ComputeBoundingSphere(     ID3DXMesh* mesh, // mesh to compute bounding sphere for     BoundingSphere* sphere) // return bounding sphere {     HRESULT hr = 0;     BYTE* v = 0;     mesh->LockVertexBuffer(0, (void**)&v);     hr = D3DXComputeBoundingSphere(         (D3DXVECTOR3*)v,         mesh->GetNumVertices(),         D3DXGetFVFVertexSize(mesh->GetFVF()),         &sphere->_center,         &sphere->_radius);     mesh->UnlockVertexBuffer();     if( FAILED(hr) )         return false;     return true; } bool ComputeBoundingBox(     ID3DXMesh* mesh, // mesh to compute bounding box for     BoundingBox* box) // return bounding box {     HRESULT hr = 0;     BYTE* v = 0;     mesh->LockVertexBuffer(0, (void**)&v);     hr = D3DXComputeBoundingBox(         (D3DXVECTOR3*)v,         mesh->GetNumVertices(),         D3DXGetFVFVertexSize(mesh->GetFVF()),         &box->_min,         &box->_max);     mesh->UnlockVertexBuffer();     if( FAILED(hr) )         return false;     return true; }

类型转换(D3DXVECTOR3*)v假定顶点坐标在顶点结构的开头位置，一般都是如此。

11.5.    总结

l          现在，我们可以用3D建模软件导出的.x文件构建复杂的Mesh对象。使用D3DXLoadMeshFromX函数取得ID3DXMesh对象，就可以在自己的应用程序中自由使用了。

l          使用ID3DXPMesh接口表示的渐进Mesh，可以控制其精细程度。可以根据对象在场景中的突出程度调整PMesh的精细程度。

l          我们可以使用D3DXComputeBoundingSphere和D3DXComputeBoundingBox函数计算Mesh对象的边界。边界范围很有用，其接近对象真实的边界，可加速碰撞检测等的计算。