D3D中的地形绘制基础（3）

D3D中的地形绘制基础（3）

13

13.4光照

cTerrain::generate_texture方法会调用cTerrain::light_terrain，顾名思义，光照使地形更接近于现实。当我们已经计算完地形纹理以后，我们只需要计算阴影系数（shade factor），使一个定义了光源的地形区域变亮或变暗。你会惊讶于为什么我们照亮地图却没有让Direct3D来做。我们自己来计算有三个好处：

内存中不必保存顶点法线。

因为纹理是静态的，所以不能随意的移动光源。虽然我们可以重新计算光源，但因此采用Direct3D实时的照亮地形是很耗时的。

我们获得了一些数学上的经验，熟悉了一些基本的光照概念，并且是用Direct3D函数实践的。

13.4.1概览(OVERVIEW)

光照是计算地形阴影（shade）的一个最基本的技巧之一，一般认为的光是漫射光（diffuse lighting），给定一个平行光源，我们用“到达光源的方向（direction to light）”（该光源发出的平行光的传播方向的反方向）。因此，如果我们想让光线从空中笔直落下，那么lightRaysDirection = (0, -1, 0)，按相反的方向：directionToLight = (0, 1, 0)。注意：创建光照向量要使用单位向量。

注意：虽然指定方向的光是从光源发射出来的，这么说更直接一点，指定到达光源的反向在计算上要比漫谢光更合得来。

对于地形中的每个方格，我们计算光的向量与方格的面法线之间的角度。

在图13.7中我们看到，当角度变得比较大时，方格的面离光源越来越远，接收的光越少。反过来说，角度变小，方格的面则离光源越来越近，相应的会接收更多的光。注意：一旦光向量与法线角度大于90度，表面就接收不到光。

我们能够创建一个阴影（shading）标量，用0..1之间的范围来表示表面能接收到光的多少。使用阴影标量，角度大则标量接近于0。当颜色与一个阴影标量接近0的值相乘时，得到的结果是：颜色变暗。相反，乘以一个阴影标量的值接近1的值时，颜色则接近于原始亮度。

　

13.4.2 计算方格的阴影（Shade）

光源的方向是一个单位向量，为了计算光源方向与面法线间的夹角，首先需要找到面法线，这是叉积的一小部分应用，但首先必须在方格里找到二个共面的非0并且不平行的向量。看图 13.8有两个这样的向量：

　

给指定的格子计算阴影系数用cTerrain::compute_shade方法，它需要参数：行和列来确定方格，还有平行方向光的光源。

    float  cTerrain::compute_shade( int  cell_row,  int  cell_col, D3DXVECTOR3* dir_to_light)
    {
         // get heights of three vertices on the quad
         float  height_a = get_height_map_entry(cell_row,   cell_col);
         float  height_b = get_height_map_entry(cell_row,   cell_col+1);
         float  height_c = get_height_map_entry(cell_row+1, cell_col);
   
         // build two vectors on the quad
            D3DXVECTOR3 u(m_cell_spacing, height_b - height_a, 0.0f);
        D3DXVECTOR3 v(0.0f,              height_c - height_a, -m_cell_spacing);
   
         // find the normal by taking the cross product of two vectors on the quad
        D3DXVECTOR3 n;
        D3DXVec3Cross(&n, &u, &v);
        D3DXVec3Normalize(&n, &n);
   
         float  cosine = D3DXVec3Dot(&n, dir_to_light);
   
         if (cosine < 0.0f)
            cosine = 0.0f;
   
         return  cosine;
    }

13.4.3 地形阴影（Shading）

一旦知道了如何给指定的方格加阴影，我们就能给地形上所有的方格加阴影。只要遍例每一个方格，计算方格的阴影值，并测量方格对应的texel颜色。光照少则方格会变暗。

    bool  cTerrain::light_terrain(D3DXVECTOR3* dir_to_light)
    {
        D3DSURFACE_DESC texture_desc;
        m_texture->GetLevelDesc(0, &texture_desc);
   
         // make sure we got the requested format because our code that fills the texture is
        // hard coded to a 32 bit pixel depth.
         if (texture_desc.Format != D3DFMT_X8R8G8B8)
             return   false ;
   
        D3DLOCKED_RECT locked_rect;
        m_texture->LockRect(0, &locked_rect, NULL, 0);
   
        DWORD* image_data = (DWORD*) locked_rect.pBits;
   
         for (UINT row = 0; row < texture_desc.Height; row++)
        {
             for (UINT col = 0; col < texture_desc.Width; col++)
            {
                 // Index into texture, note we use the pitch and divide by four since the pitch is given
                // in bytes and there are 4 bytes per DWORD.
                 int  index = row * (locked_rect.Pitch / 4) + col;
   
                 // get current color of quad
                    D3DXCOLOR color(image_data[index]);
   
                 // shade current quad
                    color *= compute_shade(row, col, dir_to_light);
   
                 // save shade color
                    image_data[index] = (D3DCOLOR) color;
            }
        }
   
        m_texture->UnlockRect(0);
   
         return   true ;
    }