D3D中的网格模型(6)

D3D中的网格模型(6)

11.4 外接体(Bounding Volumes)

有时我们需要计算mesh的外接体(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,胶囊形。图11.4演示了对同一个mesh分别使用立方体和球体类型。

D3D中的网格模型(6)_第1张图片

边界盒/球常常被用来加速可见性测试,碰撞检测等。假如一个mesh的边界盒/球不可见,那么我们就说mesh不可见。一个盒/球可见性测试是比分别测试 mesh中的每个三角形要廉价的多。对于一个碰撞检测例子,如果一枚导弹点火起飞,我们需要检测它是否击中了同一场景中的目标。由于这些物体都是由大量三角形构成,我们可以依次检测每个对象的每个三角形,来测试导弹(可以用射线数学模型)是否碰撞到了这些三角形。这个方法需要进行多次的射线/三角形交点的运算。一个更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的边界盒和边界球的函数。这些函数使用顶点数组作为输入计算边界盒/球。这些函数本来就是设计的很灵活的,它们可以使用各种顶点格式:

HRESULT D3DXComputeBoundingSphere(

       LPD3DXVECTOR3 pFirstPosition,

       DWORD NumVertices,

       DWORD dwStride,

       D3DXVECTOR3* pCenter,

       FLOAT* pRadius

);

pFirstPosition——指向在顶点数组中第一个顶点的向量,描述顶点位置。

NumVertices——在顶点数组中的的顶点数。

dwStride——每个顶点的字节大小。这很重要,因为顶点结构可能有一些额外信息如法向量和纹理坐标,函数需要知道应该跳过多少字节来得到下一个顶点的位置。

pCenter——返回边界球的中心。

pRadius——返回边界球的半径。

HRESULT D3DXComputeBoundingBox(

       LPD3DXVECTOR3 pFirstPosition,

       DWORD NumVertices,

       DWORD dwStride,

       D3DXVECTOR3* pMin,

       D3DXVECTOR3* pMax

);

前三个参数和D3DXComputeBoundingSphere的前三个参数是完全一样的。最后两个参数分别用来返回边界盒的最小和最大点。< /p>

 

11.4.1一些新的特殊常量

const float INFINITY = FLT_MAX;
const float EPSILON = 0.001f;

常量INFINITY是用来表示一个浮点数所能存储的最大数。因为我们找不到一个比FLT_MAX还要大的浮点数,我们可以将它视为无穷大。常量 EPSILON是一个很小的值,我们这样定义它,凡是比它小的数就视为0。这也是很有必要的,因为得到的浮点是不精确的。因此,让它和0比较相等肯定会失败。我们因此可以通过把该值与0的差值与EPSILON比较来确定是否相等:

bool Equals(float lhs, float rhs)

{

       // if lhs == rhs their difference should be zero

       return fabs(lhs - rhs) < EPSILON ? true : false;

}

 

11.4.2外接体类型

为了更容易的使用边界盒和边界球,我们将它们分别封装到两个类中。

class  cBoundingBox
{
public :
    D3DXVECTOR3 m_min, m_max;
    
    cBoundingBox();
    
bool  is_point_inside(D3DXVECTOR3 &  point);
};

class  cBoundingSphere
{
public :
    D3DXVECTOR3 m_center;
    
float         m_radius;

    cBoundingSphere();
};

cBoundingBox::cBoundingBox()
{    
    m_min.x 
=  INFINITY;
    m_min.y 
=  INFINITY;
    m_min.z 
=  INFINITY;

    m_max.x 
=   - INFINITY;
    m_max.y 
=   - INFINITY;
    m_max.z 
=   - INFINITY;
}

bool  cBoundingBox::is_point_inside(D3DXVECTOR3  & point)
{
    
return  (point.x  >=  m_min.x  &&  point.y  >=  m_min.y  &&  point.z  >=  m_min.z  &&
            point.x 
<=  m_max.x  &&  point.y  <=  m_max.y  &&  point.z  <=  m_max.z);
}

cBoundingSphere::cBoundingSphere()
{
    m_radius 
=   0.0f ;
}

 

11.4.3实例程序:外接体

该实例程序主要演示使用D3DXComputeBoundingSphere和 D3DXComputeBoundingBox。程序读取一个X文件并且计算该mesh的边界球,它创建两个ID3DXMesh对象,一个用来作为边界球模型一个用来作为边界盒模型(如下图所示)。你能够通过敲空格键在边界球和边界盒之间切换。

D3D中的网格模型(6)_第2张图片

D3D中的网格模型(6)_第3张图片


主程序:

/* *************************************************************************************
  Demonstrates how to use D3DXComputeBoundingSphere and D3DXComputeBoundingBox.
  The spacebar key switches between rendering the mesh's bounding sphere and box.  
 *************************************************************************************
*/

#include 
< vector >
#include 
" d3dUtility.h "

#pragma warning(disable : 
4100 )

using   namespace  std;

const   int  WIDTH   =   640 ;
const   int  HEIGHT  =   480 ;

IDirect3DDevice9
*             g_device;
ID3DXMesh
*                     g_mesh;
ID3DXMesh
*                     g_sphere_mesh;
ID3DXMesh
*                     g_box_mesh;
vector
< D3DMATERIAL9 >         g_materials;
vector
< IDirect3DTexture9 *>     g_textures;

bool  g_is_render_bounding_sphere  =   true ;

bool  compute_bounding_sphere(ID3DXMesh *  mesh, cBoundingSphere *  sphere);
bool  compute_bounding_box(ID3DXMesh *  mesh, cBoundingBox *  box);

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

bool  setup()
{    
    
//  load the XFile data

    ID3DXBuffer
*     adjacency_buffer  =  NULL;
    ID3DXBuffer
*     material_buffer   =  NULL;
    DWORD            num_material     
=   0 ;

    HRESULT hr 
=  D3DXLoadMeshFromX( " bigship1.x " , D3DXMESH_MANAGED, g_device,  & adjacency_buffer,  & material_buffer,
                                   NULL, 
& num_material,  & g_mesh);

    
if (FAILED(hr))
    {
        MessageBox(NULL, 
" D3DXLoadMeshFromX() - FAILED " " ERROR " , MB_OK);
        
return   false ;
    }

    
//  extract the materials, and load textures.
     if (material_buffer  !=  NULL  &&  num_material  !=   0 )
    {
        D3DXMATERIAL
*  materials  =  (D3DXMATERIAL * ) material_buffer -> GetBufferPointer();

        
for (DWORD i  =   0 ; i  <  num_material; i ++ )
        {
            
//  the MatD3D property doesn't have an ambient value set when it load, so set it now.
            materials[i].MatD3D.Ambient  =  materials[i].MatD3D.Diffuse;

            
//  save the ith material
            g_materials.push_back(materials[i].MatD3D);

            
//  check if the ith material has an associative texture
             if (materials[i].pTextureFilename  !=  NULL)
            {
                
//  yes, load the texture for the ith subset.
                IDirect3DTexture9 *  texture;
                D3DXCreateTextureFromFile(g_device, materials[i].pTextureFilename, 
& texture);

                
//  save the loaded texture
                g_textures.push_back(texture);
            }
            
else
            {
                
//  no texture for the ith subset
                g_textures.push_back(NULL);
            }
        }
    }

    safe_release
< ID3DXBuffer *> (material_buffer);
    
    
//  optimize the mesh
    
    hr 
=  g_mesh -> OptimizeInplace(D3DXMESHOPT_ATTRSORT  |  D3DXMESHOPT_COMPACT  |  D3DXMESHOPT_VERTEXCACHE,
        (DWORD
* ) adjacency_buffer -> GetBufferPointer(), NULL, NULL, NULL);

    safe_release
< ID3DXBuffer *> (adjacency_buffer);

    
if (FAILED(hr))
    {
        MessageBox(NULL, 
" OptimizeInplace() - FAILED " " ERROR " , MB_OK);
        
return   false ;
    }

    
//  compute bounding sphere and bounding box

    cBoundingSphere bounding_sphere;
    cBoundingBox    bounding_box;

    compute_bounding_sphere(g_mesh, 
& bounding_sphere);
    compute_bounding_box(g_mesh, 
& bounding_box);

    D3DXCreateSphere(g_device, bounding_sphere.m_radius, 
20 20 & g_sphere_mesh, NULL);

    
float  width   =  bounding_box.m_max.x  -  bounding_box.m_min.x;
    
float  height  =  bounding_box.m_max.y  -  bounding_box.m_min.y;
    
float  depth   =  bounding_box.m_max.z  -  bounding_box.m_min.z;

    D3DXCreateBox(g_device, width, height, depth, 
& g_box_mesh, NULL);

    
//  set texture filters    
    g_device -> SetSamplerState( 0 , D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR);
    g_device
-> SetSamplerState( 0 , D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR);
    g_device
-> SetSamplerState( 0 , D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_LINEAR);

    
//  set lights

    D3DXVECTOR3 dir(
1.0f - 1.0f 1.0f );
    D3DXCOLOR color(
1.0f 1.0f 1.0f 1.0f );
    D3DLIGHT9 light 
=  init_directional_light( & dir,  & color);

    g_device
-> SetLight( 0 & light);
    g_device
-> LightEnable( 0 , TRUE);
    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_NORMALIZENORMALS, TRUE);
    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_SPECULARENABLE, TRUE);

    
//  set camera

    D3DXVECTOR3 pos(
4.0f 12.0f - 20.0f );
    D3DXVECTOR3 target(
0.0f 0.0f 0.0f );
    D3DXVECTOR3 up(
0.0f 1.0f 0.0f );

    D3DXMATRIX view_matrix;
    D3DXMatrixLookAtLH(
& view_matrix,  & pos,  & target,  & up);
    g_device
-> SetTransform(D3DTS_VIEW,  & view_matrix);

    
//  set the projection matrix
    D3DXMATRIX proj;
    D3DXMatrixPerspectiveFovLH(
& proj, D3DX_PI  *   0.5f , ( float )WIDTH / HEIGHT,  1.0f 1000.0f );
    g_device
-> SetTransform(D3DTS_PROJECTION,  & proj);
    
    
return   true ;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

void  cleanup()
{    
    safe_release
< ID3DXMesh *> (g_mesh);
    safe_release
< ID3DXMesh *> (g_sphere_mesh);
    safe_release
< ID3DXMesh *> (g_box_mesh);
    
    
for (DWORD i  =   0 ; i  <  g_textures.size(); i ++ )
        safe_release
< IDirect3DTexture9 *> (g_textures[i]);
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

bool  display( float  time_delta)
{
    
//  update: rotate the mesh

    
static   float  y  =   0.0f ;

    D3DXMATRIX y_rot_matrix;    
    D3DXMatrixRotationY(
& y_rot_matrix, y);
    g_device
-> SetTransform(D3DTS_WORLD,  & y_rot_matrix);

    y 
+=  time_delta;
    
if (y  >=   6.28f )
        y 
=   0.0f ;

    
//  render now

    g_device
-> Clear( 0 , NULL, D3DCLEAR_TARGET  |  D3DCLEAR_ZBUFFER,  0x00000000 1.0f 0 );

    g_device
-> BeginScene();

    
for (DWORD i  =   0 ; i  <  g_materials.size(); i ++ )
    {
        g_device
-> SetMaterial( & g_materials[i]);
        g_device
-> SetTexture( 0 , g_textures[i]);
        g_mesh
-> DrawSubset(i);
    }

    
//  draw bounding volume in yellow and at 30% opacity
    D3DMATERIAL9 blue_material  =  YELLOW_MATERIAL;
    blue_material.Diffuse.a 
=   0.30f ;     //  30% opacity
    g_device -> SetMaterial( & blue_material);

    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE);
    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_SRCBLEND,  D3DBLEND_SRCALPHA);
    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA);

    
if (g_is_render_bounding_sphere)
        g_sphere_mesh
-> DrawSubset( 0 );
    
else
        g_box_mesh
-> DrawSubset( 0 );

    g_device
-> SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, FALSE);

    g_device
-> EndScene();

    g_device
-> Present(NULL, NULL, NULL, NULL);

    
return   true ;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

LRESULT CALLBACK wnd_proc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM word_param, LPARAM long_param)
{
    
switch (msg)
    {
    
case  WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(
0 );
        
break ;

    
case  WM_KEYDOWN:
        
if (word_param  ==  VK_ESCAPE)
            DestroyWindow(hwnd);

        
if (word_param  ==  VK_SPACE)
            g_is_render_bounding_sphere 
=   ! g_is_render_bounding_sphere;

        
break ;
    }

    
return  DefWindowProc(hwnd, msg, word_param, long_param);
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

int  WINAPI WinMain(HINSTANCE inst, HINSTANCE, PSTR cmd_line,  int  cmd_show)
{
    
if ( !  init_d3d(inst, WIDTH, HEIGHT,  true , D3DDEVTYPE_HAL,  & g_device))
    {
        MessageBox(NULL, 
" init_d3d() - failed. " 0 , MB_OK);
        
return   0 ;
    }

    
if ( !  setup())
    {
        MessageBox(NULL, 
" Steup() - failed. " 0 , MB_OK);
        
return   0 ;
    }

    enter_msg_loop(display);

    cleanup();
    g_device
-> Release();

    
return   0 ;
}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /

bool  compute_bounding_sphere(ID3DXMesh *  mesh, cBoundingSphere *  sphere)
{
    BYTE
*  v;

    mesh
-> LockVertexBuffer( 0 , ( void ** ) & v);

    HRESULT hr 
=  D3DXComputeBoundingSphere((D3DXVECTOR3 * )v, mesh -> GetNumVertices(),
        D3DXGetFVFVertexSize(mesh
-> GetFVF()),  & sphere -> m_center,  & sphere -> m_radius);

    mesh
-> UnlockVertexBuffer();

    
if (FAILED(hr))
        
return   false ;

    
return   true ;
}

bool  compute_bounding_box(ID3DXMesh *  mesh, cBoundingBox *  box)
{
    BYTE
*  v;

    mesh
-> LockVertexBuffer( 0 , ( void ** ) & v);

    HRESULT hr 
=  D3DXComputeBoundingBox((D3DXVECTOR3 * )v, mesh -> GetNumVertices(),
        D3DXGetFVFVertexSize(mesh
-> GetFVF()),  & box -> m_min,  & box -> m_max);

    mesh
-> UnlockVertexBuffer();

    
if (FAILED(hr))
        
return   false ;

    
return   true ;
}

 


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