D3D中的光照（2）

5.4光源

Direct3D支持三种类型的光源。

点光源——这种光源在世界坐标中有一个位置且向所有方向上都照射光线。

方向光源——这种光源没有位置但是向指定方向发出平行光线。

聚光灯——这种类型的光源和手电筒的光类似；它有位置并且发出的光在指定方向上按照圆锥形照射。这个圆锥形有两个角度，θ和φ。角度θ描述内圆锥，φ描述外圆锥。

在代码中一个灯光资源是通过D3DLIGHT9结构来表现的。

typedef struct _D3DLIGHT9 {

       D3DLIGHTTYPE Type;

       D3DCOLORVALUE Diffuse;

       D3DCOLORVALUE Specular;

       D3DCOLORVALUE Ambient;

       D3DVECTOR Position;

       D3DVECTOR Direction;

        float Range;

        float Falloff;

        float Attenuation0;

        float Attenuation1;

        float Attenuation2;

        float Theta;

        float Phi;

} D3DLIGHT9;

Type——定义灯光类型，我们能够使用下面三种类型之一：D3DLIGHT_POINT, D3DLIGHT_SPOT, D3DLIGHT_DIRECTIONAL

Diffuse——此光源发出的漫射光颜色。

Specular——此光源发出的镜面光颜色。

Ambient——此光源发出的环境光颜色。

Position——用一个向量来描述的光源世界坐标位置。这个值对于灯光的方向是无意义的。

Direction——用一个向量来描述的光源世界坐标照射方向。这个值不能用在点光源上。

Range——灯光能够传播的最大范围。这个值不能比大。且不能用于方向光源。

Attenuation0, Attenuation1, Attenuation2——这些衰减变量被用来定义灯光强度的传播距离衰减。它们只被用于点光源和聚光灯上。Attenuation0定义恒定衰减，Attenuation1定义线性衰减，Attenuation2定义二次衰减。适当的使用这个公式，D是代表到光源的距离，A0,A1,A2与Attenuation0，1，2相匹配。

attenuation = 1/(A₀+ A₁D + A₂D²)

Theta——只用于聚光灯；指定内圆锥的角度，单位是弧度。

Phi——只用于聚光灯；指定外圆锥的角度，单位是弧度。

现在只是演示怎样使用InitDirectionalLight。其他的也很类似：

创建一个方向光源，它沿着x轴正方向照射白色灯光。我们按照下面的方法来做：

D3DXVECTOR3 dir(1.0f, 0.0f, 0.0f);

D3DXCOLOR c = d3d::WHITE;

D3DLIGHT9 dirLight = d3d::InitDirectionalLight(&dir, &c);

在把D3DLIGHT9初始化好以后，我们需要用Direct3D内在支持的灯光来注册。就象这样做：

Device->SetLight(

0, // element in the light list to set, range is 0-maxlights

&light);// address of the D3DLIGHT9 structure to set

一旦灯光注册了，我们就能使用下面的列举的例子来开或关灯光了：

Device->LightEnable(

0, // the element in the light list to enable/disable

true); // true = enable, false = disable

5.5实例程序：灯光

这一章的例子是创建如图5.7所显示的场景。它示范了怎样指定顶点法线，怎样创建材质，以及怎样创建和使用一个方向灯光。注意在这个示例程序中我们不会使用在文件d3dUtility.h/cpp中的材质和灯光函数。因为我们想展示怎样手动来做这些设置。

图5.7

给场景增加灯光的步骤是：

1、允许使用灯光。

2、为每个物体创建材质并且在渲染相应物体前应将材质附予物体。

3、创建一个或多个光源，设置它们，把它们设为可用。

4、将其他附加光源设为可用，比如镜面高光。

/* *************************************************************************************
  Renders a light pyramid.  Demonstrates how to specify the vertex normals, how to create
  and set a material, and how to create and set a directional light.
************************************************************************************* */

#include " d3dUtility.h "

#pragma warning(disable : 4100 )

class cLightVertex
{
public :
     float m_x, m_y, m_z;
     float m_nx, m_ny, m_nz;

    cLightVertex() {}

    cLightVertex( float x, float y, float z, float nx, float ny, float nz)
    {
        m_x   = x;    m_y   = y;    m_z   = z;
        m_nx = nx;    m_ny = ny;    m_nz = nz;
    }
};

const DWORD LIGHT_VERTEX_FVF = D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL;

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

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

IDirect3DDevice9 *         g_d3d_device   = NULL;
IDirect3DVertexBuffer9 *     g_pyramid_vb = NULL;

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

bool setup()
{
     // turn on lighting
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, TRUE);

    g_d3d_device -> CreateVertexBuffer( 12 * sizeof (cLightVertex), D3DUSAGE_WRITEONLY, LIGHT_VERTEX_FVF,
                                     D3DPOOL_MANAGED, & g_pyramid_vb, NULL);

     // fill the buffers with the triangle data

    cLightVertex * vertices;

    g_pyramid_vb -> Lock( 0 , 0 , ( void ** ) & vertices, 0 );

     // front face
    vertices[ 0 ] = cLightVertex( - 1.0f , 0.0f , - 1.0f , 0.0f , 0.707f , - 0.707f );
    vertices[ 1 ] = cLightVertex( 0.0f , 1.0f ,   0.0f , 0.0f , 0.707f , - 0.707f );
    vertices[ 2 ] = cLightVertex( 1.0f , 0.0f , - 1.0f , 0.0f , 0.707f , - 0.707f );

     // left face
    vertices[ 3 ] = cLightVertex( - 1.0f , 0.0f ,   1.0f , - 0.707f , 0.707f , 0.0f );
    vertices[ 4 ] = cLightVertex( 0.0f , 1.0f ,   0.0f , - 0.707f , 0.707f , 0.0f );
    vertices[ 5 ] = cLightVertex( - 1.0f , 0.0f , - 1.0f , - 0.707f , 0.707f , 0.0f );

     // right face
    vertices[ 6 ] = cLightVertex( 1.0f , 0.0f , - 1.0f , 0.707f , 0.707f , 0.0f );
    vertices[ 7 ] = cLightVertex( 0.0f , 1.0f ,   0.0f , 0.707f , 0.707f , 0.0f );
    vertices[ 8 ] = cLightVertex( 1.0f , 0.0f ,   1.0f , 0.707f , 0.707f , 0.0f );

     // back face
    vertices[ 9 ]   = cLightVertex( 1.0f , 0.0f ,   1.0f , 0.0f , 0.707f , 0.707f );
    vertices[ 10 ] = cLightVertex( 0.0f , 1.0f ,   0.0f , 0.0f , 0.707f , 0.707f );
    vertices[ 11 ] = cLightVertex( - 1.0f , 0.0f ,   1.0f , 0.0f , 0.707f , 0.707f );

    g_pyramid_vb -> Unlock();

     // create and set the material

    D3DMATERIAL9 material;

    material.Ambient   = WHITE;
    material.Diffuse   = WHITE;
    material.Specular = WHITE;
    material.Emissive = BLACK;
    material.Power       = 5.0f ;

    g_d3d_device -> SetMaterial( & material);

     // setup a directional light

    D3DLIGHT9 dir_light;
    ZeroMemory( & dir_light, sizeof (dir_light));

    dir_light.Type         = D3DLIGHT_DIRECTIONAL;
    dir_light.Diffuse     = WHITE;
    dir_light.Specular   = WHITE * 0.3f ;
    dir_light.Ambient    = WHITE * 0.3f ;
    dir_light.Direction = D3DXVECTOR3( 1.0f , 0.0f , 0.0f );

     // set and enable the light
    g_d3d_device -> SetLight( 0 , & dir_light);
    g_d3d_device -> LightEnable( 0 , TRUE);

     // turn on specular lighting and instruct Direct3D to renormalize normals
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_NORMALIZENORMALS, TRUE);
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_SPECULARENABLE, TRUE);

     // position and aim the camera

    D3DXMATRIX view_matrix;

    D3DXVECTOR3 pos( 0.0f , 1.0f , - 3.0f );
    D3DXVECTOR3 target( 0.0f , 0.0f , 0.0f );
    D3DXVECTOR3 up( 0.0f , 1.0f , 0.0f );

    D3DXMatrixLookAtLH( & view_matrix, & pos, & target, & up);
    g_d3d_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_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_PROJECTION, & proj);

     return true ;
}

void cleanup()
{
    safe_release < IDirect3DVertexBuffer9 *> (g_pyramid_vb);
}

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

    D3DXMATRIX y_rot;
     static float y = 0.0f ;

    D3DXMatrixRotationY( & y_rot, y);
    y += time_delta;

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

    g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_WORLD, & y_rot);

     // draw the scene

    g_d3d_device -> Clear( 0 , NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, 0x00000000 , 1.0f , 0 );

    g_d3d_device -> BeginScene();

    g_d3d_device -> SetStreamSource( 0 , g_pyramid_vb, 0 , sizeof (cLightVertex));
    g_d3d_device -> SetFVF(LIGHT_VERTEX_FVF);
    g_d3d_device -> DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0 , 4 );

    g_d3d_device -> EndScene();

    g_d3d_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);
         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_d3d_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_d3d_device -> Release();

     return 0 ;
}

Setup函数给场景加入灯光。首先允许使用灯光，当然这不是必须的因为默认设置就是允许使用灯光的。

下一步，我们创建顶点缓存，锁定，并且把“金字塔”的三角形顶点放入其中。顶点法线是利用5.3节中的运算法则预先计算好的。注意三角形共享顶点，但它们的法线不能共享；因此对这个物体使用索引列表并不是最有利的。例如，所有三角形都共享顶点（0,1,0）；然而，对每个三角形，它们的顶点法线是不相同的。

为物体产生了顶点数据以后，我们描述利用灯光表现各自材质的物体间是怎样相互影响的。在这个例子中，“金字塔”反射出白光，自身不发光，且会产生一些高光。

接着，我们创建一个方向光并将其设为可用。方向光是沿着x轴的正方向照射的。灯光照射最强的白色漫射光（dir.Diffuse = WHITE），较弱的白色镜面光（dir.Specular = WHITE * 0.3f）以及一个中等强度的白色环境光（dir.Ambient = WHITE *0.6f）。

最后，我们设置状态使法线重新单位化且把镜面高光设置为可用。

下载源程序

D3D中的光照（2）