Directx11教程(59) tessellation学习(1)

原文:Directx11教程(59) tessellation学习(1)

      在D3D11管线中，新增加了3个stage， Hull shader, Tessellator, Domain shader，用来实现细分操作，就是在gpu中把低细节的表面细分成高细节的体元。在gpu中把低模通过tessellation转化为高模，在获得高细节模型的同时，可以有效降低把顶点数据从system memory传到 video memory的带宽消耗。

     下面我们看看这三个阶段到底做些什么，输入是什么，输出是什么？先画一张图。

1、Hull shader阶段

      Hull shader阶段可以分成两个独立的阶段，它们是并行执行的。

      第一个阶段是per control points执行的, 在这个阶段对patch中的每个控制点，输出对应的控制点。所谓patch，简单理解就是带控制点的体元，比如一个三角形，它的三个顶点是控制点，那么这个三角形就是有3个控制点的patch。当然，在Hull shader中，我们还可以对输入的控制点进行转化操作，生成新的控制点，比如输入的3个控制点，输出6个控制点。注意：输入或者输出的控制点数量是1~32。

     第二个阶段就是patch常量阶段，这时HullShader会调用一个const data函数，这个函数主要产生tessellation factor，这些factor决定在TS阶段如何细分当前的patch。

    另外，在Hullshader阶段还会指定一些TS阶段使用的Tessellation模式，比如细分的patch是三角形(拓扑模式)，partition mode(选择什么细分算法)是HS_PARTITION等。

下面看一段Hull shader的代码：

struct HullInputType

{

float3 position : POSITION;

float4 color : COLOR;

};

struct ConstantOutputType

{

float edges[3] : SV_TessFactor;

float inside : SV_InsideTessFactor;

};

struct HullOutputType

{

float3 position : POSITION;

float4 color : COLOR;

};

// Patch 常量函数，决定tessellation因子，每个patch执行一次，所以是per patch的，不是per控制点的

ConstantOutputType ColorPatchConstantFunction(InputPatch<HullInputType, 3> inputPatch, uint patchId : SV_PrimitiveID)

{

ConstantOutputType output;

//设置三条边的细分因子

output.edges[0] = tessellationAmount;

output.edges[1] = tessellationAmount;

output.edges[2] = tessellationAmount;

//设置三角形内的细分因子

output.inside = tessellationAmount;

return output;

}

//注意输入控制点数量要和 IASetPrimitiveTopology()函数中一致

//本例子中，都为3 INPUT_PATCH_SIZE

// The hull shader is called once per output control point, which is specified with

// outputcontrolpoints. For this sample, we take the control points from the vertex

// shader and pass them directly off to the domain shader. In a more complex scene,

// you might perform a basis conversion from the input control points into a Bezier

// patch, such as the SubD11 Sample of DirectX SDK.

// The input to the hull shader comes from the vertex shader

// The output from the hull shader will go to the domain shader.

// The tessellation factor, topology, and partition mode will go to the fixed function

// tessellator stage to calculate the UVW and domain points

[domain("tri")] //Triangle domain for our shader

[partitioning("integer")] //Partitioning type according to the GUI

[outputtopology("triangle_cw")] //Where the generated triangles should face

[outputcontrolpoints(3)] //Number of times this part of the hull shader will be called for each patch

[patchconstantfunc("ColorPatchConstantFunction")] //The constant hull shader function

HullOutputType ColorHullShader(InputPatch<HullInputType, 3> patch, uint pointId : SV_OutputControlPointID, uint patchId : SV_PrimitiveID)

{

HullOutputType output;

//设置控制点

output.position = patch[pointId].position;

// 输出颜色为输入颜色

output.color = patch[pointId].color;

return output;

}

2. Tessellator阶段

       Tessellator是一个固定管线阶段，它的主要功能就是细分一个domain(三角形， 四边形或线)，把它们细分成很多小的物体，比如三角形，四边形或者线。

       在细分时，tessellator会在一个归一化的坐标系统中处理patch，比如输入是一个quad(四边形),但这个quad先要映射到一个单位为1的正方形上，然后tessellator会对这个正方形进行细分操作。

      Tessellator是per patch操作的，Hull shader阶段传入的Tess Factor决定细分多少次，而Hull shader阶段传入的partitioning则决定选用何种细分算法。Tessellator输出为u,v, {w}坐标以及细分后domain的拓扑信息。

3. Domain Shader阶段

       Domain Shader 阶段会根据TS阶段生成的u,v , {w}坐标以及HS阶段传入的控制点在patch中生成细分后顶点的位置。

       Domain shader是per vertex的，对于TS中每个细分产生的顶点，它都要调用一次。它的输入参数除了u,v,{w}坐标及控制点以外，还有const data,比如Tess factor等。

下面是一段Domain shader的代码：

struct ConstantOutputType

{

float edges[3] : SV_TessFactor;

float inside : SV_InsideTessFactor;

};

struct HullOutputType

{

float3 position : POSITION;

float4 color : COLOR;

};

struct PixelInputType

{

float4 position : SV_POSITION;

float4 color : COLOR;

};

//每个细分后的顶点调用一次

[domain("tri")]

PixelInputType ColorDomainShader(ConstantOutputType input, float3 uvwCoord : SV_DomainLocation, const OutputPatch<HullOutputType, 3> patch)

{

float3 vertexPosition;

PixelInputType output;

//基于重心坐标的顶点生成

vertexPosition = uvwCoord.x * patch[0].position + uvwCoord.y * patch[1].position + uvwCoord.z * patch[2].position;

// 计算新的顶点在世界坐标系中的位置

output.position = mul(float4(vertexPosition, 1.0f), worldMatrix);

output.position = mul(output.position, viewMatrix);

output.position = mul(output.position, projectionMatrix);

//新生成顶点颜色也为各个控制点颜色组合

output.color = uvwCoord.x * patch[0].color + uvwCoord.y * patch[1].color + uvwCoord.z * patch[2].color;

return output;

}