2D和3D图形引擎的混合（2）
本篇是2D和3D图形引擎的混合（1）的续篇。
在游戏如最终幻想和寄生前夜（两者都是由Square公司出品）中，可以在欣赏三维模型的同时，享受到非常精美的预先渲染好的背景图像。将二维和三维图形混合在一起，一直以来都是游戏公司高度保密的技术，现在可以 揭开谜底一看究竟。
如何从一个二维图像中获取三维的深度信息呢？有几种方法可以实现三维物体在二维图像中的背景幕效果。
（1）在一个三维建模工具中创建预先进行渲染的背景幕，例如Caligari公司的gamespace light或discreet公司的3D Studio Max，并将图像与包含每个像素z值的深度缓冲区一起保存。对于游戏中的每一帧，将图像的深度缓冲区拷贝到背景深度缓冲区中，并继续绘制三维物体。
（2）在层次中创建背景幕，从底层开始，一个接一个地绘制每个图像，并将三维角色绘制到适当的层次上，这样就可以使用后面的层次覆盖较低层次的部分内容(以及三维物体)。
（3）使用一个非常详尽的预先渲染好的背景幕，以及一个在三维建模软件中渲染场景的简化的网格模型。使用网格模型以呈现z数值并进行碰撞检测，三维物体可以使用z缓冲区负责绘制正确的深度。
我们采用第三种方法来绘制。
二维背景幕的处理
用一个三维建模软件开发二维的背景幕，例如gamespace light（而不是使用一个绘图程序，因为需要从建模软件中获取多边形的数据），下图显示了一个简单的网格模型以及最终的渲染效果：
一旦场景被渲染好，就需要将它作为一个位图保存到磁盘上，那个位图文件需要被切分成较小的纹理，如下图所示，这个背景幕被切割成多个Direct3D可以处理的纹理，比如背景幕图像为640 x 480，所以纹理将为256 x 256（对于块1、2、4、5），以及128 x 256（对于块3和6）。
场景网格模型的处理
详尽的层次看起来非常不错，现在想要包含一些三维物体到它里面。首先，需要构造一个简化的场景，可使用两种方法，包括填充每一帧的深度缓冲区，以便三维物体能够正确地与二维的背景幕进行混合；作为运动物体的碰撞网格模型。
因为网格模型必须在每帧中被渲染出来，以便创建场景中的z缓存，使用越少的多边形当然越好，然而必须使用足够的多边形以确保三维物体能够被正确地混合，如下图所示，它显示了最终渲染好的图像，实际的场景网格模型，以及简化的场景网格模型。
当处理一个简化的网格模型时，仅使用了两种材质（没有纹理）。第一种材质代表了实际绘制到背景幕上的多边形区域，而第二种材质隐藏了在交集测试中所使用的多边形，对于第二种材质，使用的alpha的数值为0.0（意味着它是不可见的，不会被实际渲染）。
应该使用正确的多边形数量去渲染场景。如果有太多的多边形，引擎将变得非常缓慢。如果多边形太少，将会在玩游戏时得到贴图错误的信息。请这样思考一下：一个使用了500个多边形的球形网格模型，很明显比一个简化的网格模型复杂许多，在一个简化的网格模型里，仅需要足够的多边形去表示球体，并确保它在进行渲染时覆盖相同的屏幕区域。
下图演示了在创建简化网格模型时常出现的一个错误，那就是使用了太少的多边形。
为了简化网格模型中多边形的数量，切割掉那些看不到的表面或者在交集测试中所使用的表面，同时仅绘制那些实际覆盖三维物体的多边形 。举个例子，如果在背景幕中有一个盒子，而玩家角色从不会接近它，那么在简化的网格模型中就不用绘制它。
对于本例中的背景幕，仅需要绘制如下的简化网格模型：
场景的渲染
现在将完成最后一步，以确保背景幕图像能够包含深度信息（通过简化的网格模型）。如果加载了背景幕图像和简化的网格模型，就可以很容易地渲染游戏中的每帧，通过使用如下步骤：
（1）将z缓冲区清除为1.0（并确保z缓冲区被启动）。
（2）渲染简化的网格模型（因而填充场景的z缓冲区），跳过那些数值为0.0的多边形（它们是不可见的）。
（3）禁用z缓冲区。
（4）使用ID3DXSprite位块传送背景幕纹理。
（5）启动z缓冲区。
绝大多数新近的显卡都允许处理1024 x 1024像素大小的纹理，这意味着可以将整个背景幕图像加载到内存中，而不需要将它切割成6个小纹理。
在绘制好背景幕后，剩下的就是将三维物体（网格模型）绘制到场景中，因为Z缓冲区包含了所有与每个像素相关的深度数值。请不要犹豫，随心所欲绘制角色、物体、甚至是增强背景的图像。
下载源码和工程
代码：
PURPOSE:
3D in 2D test.
************************************************************************************/
#include "core_common.h"
#include "core_framework.h"
#include "core_graphics.h"
#include "core_input.h"
#define ANIM_NONE -1
#define ANIM_WALK 1
#define ANIM_IDLE 2
const float g_angles[13] = {
0.0f, 4.71f, 0.0f, 5.495f, 1.57f, 0.0f,
0.785f, 0.0f, 3.14f, 3.925f, 0.0f, 0.0f, 2.355f
};
class APP : public FRAMEWORK
{
private :
CAMERA m_camera;
INPUT m_input;
INPUT_DEVICE m_keyboard;
TEXTURE m_background[6];
// the simplified scene mesh and object
MESH m_scene_mesh;
OBJECT m_scene;
// 3D meshes and objects
MESH m_monster_mesh;
OBJECT m_monster;
ANIMATION m_monster_anim;
static const float m_above_floor;
public :
BOOL init()
{
if (! create_display(g_hwnd, get_client_width(g_hwnd), get_client_height(g_hwnd), 16, TRUE, TRUE))
return FALSE;
set_perspective(0.6021124f, 1.3333f, 1.0f, 10000.0f);
ShowCursor(TRUE);
// initialize input and input device
m_input.create(g_hwnd, get_window_inst());
m_keyboard.create_keyboard(&m_input);
// load the backdrop textures
for ( short i = 0; i < 6; i++)
{
char filename[81];
sprintf(filename, "..\\data\\scene%u.bmp", i+1);
if (! m_background[i].load(filename, 0, D3DFMT_UNKNOWN))
return FALSE;
}
// load the scene mesh and configure object
if (! m_scene_mesh.load("..\\Data\\Scene.x", ".\\"))
return FALSE;
m_scene.create(&m_scene_mesh);
// load the monster mesh and setup monster object
if (! m_monster_mesh.load("..\\data\\yodan.x", "..\\data\\"))
return FALSE;
m_monster_anim.load("..\\data\\yodan.x", &m_monster_mesh);
m_monster_anim.set_loop(TRUE, "Idle");
m_monster_anim.set_loop(TRUE, "Walk");
m_monster.create(&m_monster_mesh);
// position the camera for the scene
m_camera.move(0.0f, 200.0f, -650.0f);
m_camera.rotate(0.348888f, 0.0f, 0.0f);
g_d3d_device->SetTransform(D3DTS_VIEW, m_camera.get_view_matrix());
return TRUE;
}
BOOL frame()
{
static DWORD time_begin = timeGetTime();
// calculate elapsed time (plus speed boost)
DWORD time_end = timeGetTime();
ulong time_elapsed = time_end - time_begin;
time_begin = time_end;
// read keyboard data
m_keyboard.read();
// process input and update everything, ESC quits program.
if (m_keyboard.get_key_state(KEY_ESC))
return FALSE;
// process movement
long dir = 0;
if (m_keyboard.get_key_state(KEY_UP))
dir |= 1;
if (m_keyboard.get_key_state(KEY_RIGHT))
dir |= 2;
if (m_keyboard.get_key_state(KEY_DOWN))
dir |= 4;
if (m_keyboard.get_key_state(KEY_LEFT))
dir |= 8;
float x_move, z_move;
x_move = z_move = 0.0f;
if (dir)
{
m_monster.rotate(0.0f, g_angles[dir], 0.0f);
x_move = cos(g_angles[dir]) * (time_elapsed * 0.25f);
z_move = -sin(g_angles[dir]) * (time_elapsed * 0.25f);
}
float x_pos, y_pos, z_pos;
// get monster coordinates in local variables (make it easier)
x_pos = m_monster.get_x_pos();
y_pos = m_monster.get_y_pos();
z_pos = m_monster.get_z_pos();
D3DXMESH_PTR d3d_mesh = m_scene_mesh.get_root_mesh_info()->m_d3d_mesh;
// check for collision in movement (4 points).
//
// I hard-coded the bounding size of the object (25 radius) and added ability to climb up at mose 32 units.
for ( long i = 0; i < 4; i++)
{
float x_add[4] = { 0.0f, 25.0f, 0.0f, -25.0f };
float z_add[4] = { 25.0f, 0.0f, -25.0f, 0.0f };
float dist;
if (is_ray_intersect_mesh(d3d_mesh,
x_pos + x_add[i], y_pos + m_above_floor, z_pos + z_add[i],
x_pos + x_add[i] + x_move, y_pos + m_above_floor, z_pos + z_add[i] + z_move,
&dist))
{
// clear out movement and break
x_move = z_move = 0.0f;
break ;
}
}
// fix height of monster
y_pos = closest_height_below_object(d3d_mesh, x_pos, y_pos + m_above_floor, z_pos);
// move monster and set new animations as needed
m_monster.move(x_pos + x_move, y_pos, z_pos + z_move);
static short last_anim = ANIM_NONE;
if (!float_equal(x_move, 0.0f) || !float_equal(z_move, 0.0f))
{
if (last_anim != ANIM_WALK)
{
last_anim = ANIM_WALK;
m_monster.set_anim_info_set(&m_monster_anim, "Walk", time_end / 20);
}
}
else
{
if (last_anim != ANIM_IDLE)
{
last_anim = ANIM_IDLE;
m_monster.set_anim_info_set(&m_monster_anim, "Idle", time_end / 20);
}
}
// update monster animations
m_monster.update_anim_info_set(time_end / 20, TRUE);
// render everything
clear_display_zbuffer(1.0f);
// begin render now
if (SUCCEEDED(g_d3d_device->BeginScene()))
{
// render the level mesh
g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);
m_scene.render();
// draw the backdrop (composed of six textures)
g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_FALSE);
g_d3d_sprite->Begin(0);
for ( int row = 0; row < 2; row++)
{
for ( int col = 0; col < 3; col++)
m_background[row * 3 + col].draw(col * 256, row * 256, 0, 0, 0, 0, 1.0f, 1.0f, 0xFFFFFFFF);
}
g_d3d_sprite->End();
// draw the 3D monster
g_d3d_device->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);
m_monster.render();
g_d3d_device->EndScene();
}
present_display();
return TRUE;
}
BOOL shutdown()
{
destroy_display();
return TRUE;
}
};
const float APP::m_above_floor = 32.0f;
int WINAPI WinMain(HINSTANCE inst, HINSTANCE, LPSTR cmd_line, int cmd_show)
{
DWORD client_width = 640;
DWORD client_height = 480;
DWORD x_pos = (get_screen_width() - client_width) / 2;
DWORD y_pos = (get_screen_height() - client_height) / 4;
DWORD window_style = WS_BORDER | WS_CAPTION | WS_MINIMIZEBOX | WS_SYSMENU;
if (! build_window(inst, "3d_in_2d_class", "3D in 2D Test", window_style,
x_pos, y_pos, client_width, client_height))
{
return -1;
}
APP app;
app.run();
return 0;
}
截图：
