[SheRO]用D3D绘制2D图像

我在GameRes发布SheRO后，收到了几封热心朋友的来信，都希望我坚持把SheRO做下去，还意外的发现有一个志同道合者theshine以前也做过模拟RO的客户端，不过中途太监了。。他给我提供了很多有用的资料和意见，再次表示感谢：）

不管坚持不坚持做下去，现在首要任务是开源，所以有了关于SheRO的第一篇开发资料《用D3D绘制2D图像》。因为从图书馆借的资料快到期了，加之最近改正了一个2D渲染的性能问题，所以先从这个题目讲解了。

在D3D之前，绘制2D图像都用的是DirectDraw的API，可是现在微软的D3D根本没有DirectDraw了。那么如何在D3D里绘制2D图像呢？比较普遍的方法是使用D3D提供的ID3DXSprite，但是局限性太大，其一是它是微软封装好的类，我们不知道它的底层原理，其二是，它不提供自身顶点的操作，所以无法使用顶点着色器，纹理效果等。其三是，使用自己打造的ID3DXSprite,性能会更优。还有人可能会想，用BillBoard也可以绘制2D效果，的确是这样，但是BillBoard始终是3D世界的东西，我们需要的是直接在屏幕坐标绘制2D图像。

下面开始讲解它的具体实现：

从3D到2D，只是丢掉一个"D”

的确是这样，2D空间实际上是3D空间的一个子集，从3D到2D，我们需要的就是丢掉一个D。我们知道，在3D流水线中，有一步是透视投影变换，这就是从3D到2D的过程，如下图所示：

也就是从q点到q'的过程，透视投影变换可以产生近大远小的效果，那么显然，透视投影变换并没有丢弃z坐标，因为q点的z坐标就是产生近大远小的原因，实际上透视投影变换的方程可以用相似三角形推导出来，具体的推导请查阅相关资料。

另外还有一种变换，叫做正交投影，一般在D3D里并没有使用它，但是D3D提供了创建正交投影矩阵的API，下图是透视投影与正交投影的区别：

由图中可以看出正交投影就是简单的将z坐标丢弃，也就是：

x1' = x1;

y1' = y1;

这正是我们绘制2D所需要的效果。

剩下的实现也就很简单了，我们需要的是，绘制2D图像时，不使用透视投影，而使用正交投影，还有变换到观察坐标系时，直接使用单位矩阵，因为我们的2D图像与摄像机无关，只在屏幕绘制。在SheRO里，你会发现在SpriteNode的PreRender()里有该变换的代码。

代码如下：

Mat4x4 m_PixelProjection;
Mat4x4 m_ViewMatrix = Mat4x4::g_Identity;
D3DXMatrixOrthoOffCenterLH(&m_PixelProjection, 0.0f, 800.0f, 600.0f, 0.0f,0.0f, 1.0f);
DXUTGetD3D9Device()->SetTransform(D3DTS_VIEW, &m_ViewMatrix);
DXUTGetD3D9Device()->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &m_PixelProjection);

 

 

注意我们创建正交矩阵使用的是D3D的API，D3DXMatrixOrthoOffCenterLH， 上述代码创建了一个，原点为左上角，长度为800，宽度为600的的正交矩阵，也就是SheRo的默认窗口。

这样做过后，顶点的x,y坐标对应屏幕的x,y坐标，z坐标用作深度缓存使用（这点很重要，对于2.5D游戏，我们的Sprite需要放在3D世界，如何控制遮挡还是需要Z-buffer。）

如何实现自己的Sprite类？

 

在SheRO中，所有的2D图像都使用SpriteNode绘制，下面讨论它的具体实现。

理所当然，我们只需要4个顶点就可以绘制所有2D图像了，当需要绘制一个2D图像时，只需要把这个2D图像的帧信息（包括texture，大小，位置，alpha，旋转角度，渲染模式等）加入SpriteNode的m_frame即可。然后每次SpriteNode绘制时，遍历所有2D帧，一一绘制：

    for (unsigned int i = 0; i < m_frame.size(); i++)
    {
        RenderOneFrame(pScene,m_frame[i]);
    }

关于RenderOneFrame的实现，我曾经使用的是在绘制每一个2D图像时，都锁定4个顶点缓冲区，然后改变顶点信息以达到绘制效果，但是这是灾难性的，当我企图在一个屏幕绘制20个以上的2D图像时，帧率只有30几帧。后来才发现，锁定顶点缓冲区的操作是非常费时的，当2D图像增多时，每绘制一个都要锁定一次，那肯定是不行的。所以现在的实现方案如下：

在创建SpriteNode时，把4个顶点设置为中心为原点，单位为1的图元，这样在绘制每一个2D图像时，用缩放矩阵控制大小，移动矩阵控制位置。图像坐标不变。另外，我们把Z坐标设置成1，用缩放矩阵同样可以控制深度缓存的值。

if(FAILED(DXUTGetD3D9Device()->CreateVertexBuffer(sizeof(TEXTURED_VERTEX)*4, 0, TEXTURED_VERTEX::FVF, D3DPOOL_MANAGED, 
    &m_pVerts, NULL)))   
    return FALSE;

TEXTURED_VERTEX* pVertices;
if( FAILED( m_pVerts->Lock( 0, 0, (void**)&pVertices, 0 ) ) )
    return E_FAIL;

D3DXVECTOR3 normal(1.0f,1.0f,1.0f);
pVertices[0]= TEXTURED_VERTEX(D3DXVECTOR3(-0.5f,-0.5f,1.0f),normal,0.0f,0.0f); 
pVertices[1]= TEXTURED_VERTEX(D3DXVECTOR3(0.5f,-0.5f,1.0f),normal,1.0f,0.0f); 
pVertices[2]= TEXTURED_VERTEX(D3DXVECTOR3(-0.5f,0.5f,1.0f),normal,0.0f,1.0f); 
pVertices[3]= TEXTURED_VERTEX(D3DXVECTOR3(0.5f,0.5f,1.0f),normal,1.0f,1.0f); 

m_pVerts->Unlock();

在绘制每一个2D图像时，都使用矩阵变换来操作顶点：

D3DXMATRIX trans, rot, scale;
D3DXMatrixScaling(&scale,width*scaleX*scaleview,height*scaleY*scaleview,zDepth);
D3DXMatrixRotationZ(&rot, info.angle *D3DX_PI/180);
D3DXMatrixTranslation(&trans, pos.x, pos.y, pos.z );
DXUTGetD3D9Device()->SetTransform(D3DTS_WORLD,&(scale * rot * trans ));

这样就能达到满足我们要求的2D渲染了~

更详细的代码请参阅SheRO源码的SpriteNode类。