基于DirectX的半球形天空类的C++和C#实现
目前,天空绘制主要有三种方法:矩形天空、天空盒和球形天空。
(1)矩形天空使用一个与地面垂直或呈一定夹角的矩形表示天空,用接近于天空的颜色或云彩纹理贴于矩形上。这种方法简单易行,但需要不断调整视角或观察点来改变场景可视域,还会对运行效率造成一定影响。
(2)天空盒是构建一个包含场景的方盒来表示天空,然后在方盒四周和顶部贴上云彩纹理。但这种方法当视角对准两个面的边界时,能够明显看到交接痕迹。
(3)球形天空通常使用半球形网格模型来表示天空,并在半球形网格上贴上一幅云彩纹理,可以使半球形网格模型绕Y轴旋转来模拟动态效果。
半球形天空类的头文件:
#pragma once #include <d3d9.h>
#include <d3dx9.h> #ifndef SAFE_DELETE
#define SAFE_DELETE(p) { if(p) { delete (p); (p)=NULL; } }
#endif
#ifndef SAFE_RELEASE
#define SAFE_RELEASE(p) { if(p) { (p)->Release(); (p)=NULL; } }
#endif //--------------------------------------------------------------------------------------
// Name: class CSkybox
// Desc: 球形地形
//--------------------------------------------------------------------------------------
class CSkybox
{
private:
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexture;
LPDIRECT3DINDEXBUFFER9 m_pIndexBuf;
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 m_pVertexBuf; INT m_nNumLatitudes;
INT m_nNumLongitudes;
INT m_nVertsPerLati;
INT m_nVertsPerLongi;
INT m_nNumVertices; // 顶点数
FLOAT m_fSkyboxRadius; // 半径 struct SKYBOXVERTEX
{
FLOAT _x, _y, _z;
FLOAT _u, _v;
SKYBOXVERTEX(FLOAT x, FLOAT y, FLOAT z, FLOAT u, FLOAT v)
: _x(x), _y(y), _z(z), _u(u), _v(v) {}
static const DWORD FVF = D3DFVF_XYZ | D3DFVF_TEX1;
}; public:
CSkybox(IDirect3DDevice9 *pd3dDevice);
virtual ~CSkybox(void); public:
BOOL LoadSkybox(LPCSTR pTextureFile);
BOOL InitSkybox(INT nAlpha, INT nBeta, FLOAT nRadius);
BOOL DrawSkybox(D3DXMATRIX *pMatWorld, bool bDrawFrame=);
};
半球形天空类的实现文件:
#pragma once #include <d3d9.h>
#include <d3dx9.h> #ifndef SAFE_DELETE
#define SAFE_DELETE(p) { if(p) { delete (p); (p)=NULL; } }
#endif
#ifndef SAFE_RELEASE
#define SAFE_RELEASE(p) { if(p) { (p)->Release(); (p)=NULL; } }
#endif //--------------------------------------------------------------------------------------
// Name: class CSkybox
// Desc: 球形地形
//--------------------------------------------------------------------------------------
class CSkybox
{
private:
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexture;
LPDIRECT3DINDEXBUFFER9 m_pIndexBuf;
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 m_pVertexBuf; INT m_nNumLatitudes;
INT m_nNumLongitudes;
INT m_nVertsPerLati;
INT m_nVertsPerLongi;
INT m_nNumVertices; // 顶点数
FLOAT m_fSkyboxRadius; // 半径 struct SKYBOXVERTEX
{
FLOAT _x, _y, _z;
FLOAT _u, _v;
SKYBOXVERTEX(FLOAT x, FLOAT y, FLOAT z, FLOAT u, FLOAT v)
: _x(x), _y(y), _z(z), _u(u), _v(v) {}
static const DWORD FVF = D3DFVF_XYZ | D3DFVF_TEX1;
}; public:
CSkybox(IDirect3DDevice9 *pd3dDevice);
virtual ~CSkybox(void); public:
BOOL LoadSkybox(LPCSTR pTextureFile);
BOOL InitSkybox(INT nAlpha, INT nBeta, FLOAT nRadius);
BOOL DrawSkybox(D3DXMATRIX *pMatWorld, bool bDrawFrame=);
};
#include "Skybox.h" CSkybox::CSkybox(IDirect3DDevice9 *pd3dDevice)
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pTexture = NULL;
m_pIndexBuf = NULL;
m_pVertexBuf = NULL;
m_nNumVertices = ;
m_nNumLatitudes = ;
m_nNumLongitudes = ;
m_nVertsPerLongi = ;
m_nVertsPerLati = ;
m_fSkyboxRadius = ;
} CSkybox::~CSkybox(void)
{
SAFE_RELEASE(m_pTexture);
SAFE_RELEASE(m_pIndexBuf);
SAFE_RELEASE(m_pVertexBuf);
} BOOL CSkybox::LoadSkybox(LPCSTR pTextureFile)
{
// 加载天空纹理
if (FAILED(D3DXCreateTextureFromFile(m_pd3dDevice, pTextureFile, &m_pTexture)))
return FALSE;
return TRUE;
} BOOL CSkybox::InitSkybox(INT nAlpha, INT nBeta, FLOAT fRadius)
{
m_fSkyboxRadius = fRadius; // 半球体的半径
m_nNumLatitudes = / nAlpha; // 维度线的条数
m_nNumLongitudes = / nBeta; // 经度线的条数
m_nVertsPerLongi = m_nNumLatitudes + ; // 每条经度线上的顶点数
m_nVertsPerLati = m_nNumLongitudes + ; // 每条维度线上的顶点数
m_nNumVertices = m_nVertsPerLati * m_nVertsPerLongi; // 计算天空的灵活顶点
if (FAILED(m_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(m_nNumVertices * sizeof(SKYBOXVERTEX),
D3DUSAGE_WRITEONLY, SKYBOXVERTEX::FVF, D3DPOOL_MANAGED, &m_pVertexBuf, )))
return FALSE; SKYBOXVERTEX *pVertices = NULL;
m_pVertexBuf->Lock(, , (void**)&pVertices, ); int nIndex = ;
FLOAT fAlpha = 2.0f * D3DX_PI * nAlpha / 360.0f; // 经度角转换为弧度表示
FLOAT fBeta = 2.0f * D3DX_PI * nBeta / 360.0f; // 维度角转换为弧度表示
for (int row = ; row < m_nNumLongitudes+; row++)
{
for (int col = ; col < m_nNumLatitudes+; col++)
{
// 计算顶点的坐标
pVertices[nIndex]._x = fRadius * cosf(row * fBeta) * cosf(col * fAlpha);
pVertices[nIndex]._y = fRadius * sinf(row * fBeta);
pVertices[nIndex]._z = fRadius * cosf(row * fBeta) * sinf(col * fAlpha);
// 计算顶点的纹理坐标
pVertices[nIndex]._u = col * fAlpha / (2.0f * D3DX_PI);
pVertices[nIndex]._v = row * fBeta / (D3DX_PI / 2.0f); nIndex++;
}
}
m_pVertexBuf->Unlock(); // 计算天空的顶点索引
if (FAILED(m_pd3dDevice->CreateIndexBuffer(m_nNumVertices * *sizeof(WORD),
D3DUSAGE_WRITEONLY, D3DFMT_INDEX16, D3DPOOL_MANAGED, &m_pIndexBuf, )))
return FALSE; WORD* pIndices = NULL;
m_pIndexBuf->Lock(, , (void**)&pIndices, ); nIndex = ;
for (int row = ; row < m_nNumLongitudes; row++)
{
for (int col = ; col < m_nNumLatitudes; col++)
{
pIndices[nIndex+] = row * m_nVertsPerLongi + col;
pIndices[nIndex+] = (row+) * m_nVertsPerLongi + col;
pIndices[nIndex+] = (row+) * m_nVertsPerLongi + col + ; pIndices[nIndex+] = row * m_nVertsPerLongi + col;
pIndices[nIndex+] = (row+) * m_nVertsPerLongi + col + ;
pIndices[nIndex+] = row * m_nVertsPerLongi + col + ;
nIndex += ;
}
}
m_pIndexBuf->Unlock(); return TRUE;
} BOOL CSkybox::DrawSkybox(D3DXMATRIX *pMatWorld, bool bDrawFrame)
{
//纹理模式渲染
m_pd3dDevice->SetStreamSource(, m_pVertexBuf, , sizeof(SKYBOXVERTEX));
m_pd3dDevice->SetFVF(SKYBOXVERTEX::FVF);
m_pd3dDevice->SetIndices(m_pIndexBuf);
m_pd3dDevice->SetTexture(, m_pTexture); m_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, pMatWorld); m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CW); m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, , ,
m_nNumVertices, , m_nNumVertices * ); m_pd3dDevice->SetTexture(, );
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, TRUE);
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW); //网格模式渲染
if (bDrawFrame)
{
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_FILLMODE, D3DFILL_WIREFRAME);
m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, , ,
m_nNumVertices, , m_nNumVertices * );
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_FILLMODE, D3DFILL_SOLID);
} return TRUE;
}
半形天空体的演示C#实现代码如下:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text; using Microsoft.DirectX;
using Microsoft.DirectX.Direct3D;
using Microsoft.DirectX.DirectInput; namespace TerrainVIS
{
class DomeSky
{
public IndexBuffer m_pIB;
private int[] indices; //索引缓冲区的大小为。三角形总数:(Columns)X(Rows)X2,每个三角形需要3个顶点索引值。 public VertexBuffer m_pVB;
public Texture m_pTex;
public float m_Radius=1f; //定义球形天空的半径 int MaxLatitude = ;
//int MaxLatitude = 180;
int MinLatitude = ; int MaxLongitude = ;
int MinLongitude = ; int LaInterval = ;
int LongInterval =; int Rows = ;//划分的格网行数,代表高度。//真正的顶点的行数和列数比网格的行数和列数均大1。
int Columns = ;//划分的格网列数,代表宽度。 int TotalVertexes=; public int GetTotalVertexes()
{
this.Columns = (this.MaxLongitude - this.MinLongitude) / this.LongInterval;//在经度上分割得到格网的列数
this.Rows = (this.MaxLatitude - this.MinLatitude) / this.LaInterval;//在纬度上分割得到格网的行数
return (this.Rows + ) * (this.Columns + );//真正的顶点的行数和列数比网格的行数和列数均大1。
} /// <summary>
/// 构造函数应该完成成员变量初始化和内存空间申请的任务
/// </summary>
/// <param name="pDevice"></param>
/// <param name="L"></param>
public DomeSky(Microsoft.DirectX.Direct3D.Device pDevice,float L)
{
this.m_pTex = null;
this.m_Radius = L;
this.LaInterval = ;
this.LongInterval = ;
this.TotalVertexes=GetTotalVertexes();//为了完成首尾对接需要申请
this.m_pVB = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionTextured), this.TotalVertexes, pDevice, Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly, CustomVertex.PositionTextured.Format, Pool.Default);
this.m_pIB = new IndexBuffer(typeof(int), (this.Columns ) * (this.Rows ) * , pDevice, Usage.WriteOnly, Pool.Default);
this.indices = new int[(this.Columns ) * (this.Rows ) * ];//申请指定大小的索引缓冲区
} public void Create(Microsoft.DirectX.Direct3D.Device pDevice)
{
#region 定义顶点数组
CustomVertex.PositionTextured[] verts = new CustomVertex.PositionTextured[this.TotalVertexes];
int i = , j=, index=;
for (int a = ; a <= this.MaxLongitude; a += this.LongInterval)//经度
{
i = a / this.LongInterval;//用来遍历列
for (int b = ; b <= this.MaxLatitude; b += this.LaInterval)//纬度
{
//把球面坐标转化成空间直角坐标,设置球半径为2,竖直角从天顶到天底为0~90度,水平角0~360度
j = b / this.LaInterval;//用来遍历行
index = i * this.Rows + j;
verts[index] = new CustomVertex.PositionTextured();
verts[index].X = Convert.ToSingle(this.m_Radius * Math.Sin((float)b / 180.0 * Math.PI) * Math.Cos((float)a / 180.0 * Math.PI));
verts[index].Y = Convert.ToSingle(this.m_Radius * Math.Sin((float)b / 180.0 * Math.PI) * Math.Sin((float)a / 180.0 * Math.PI));
verts[index].Z = Convert.ToSingle(this.m_Radius * Math.Cos((float)b / 180.0 * Math.PI));
//计算纹理坐标的方法一
//verts[index].Tu = (float)(a / this.LongInterval) / this.Columns;
//verts[index].Tv = (float)(b / this.LaInterval) / this.Rows;
//计算纹理坐标的方法一
verts[index].Tu = (float)a / this.MaxLongitude;//单位用度或者弧度做比值结果都一样
verts[index].Tv = (float)b / this.MaxLatitude; if (i <= this.Columns - && j <= this.Rows - )//从最后一行或者一列格网的前一个顶点即可索引下一个顶点,故次数限定范围。
{
this.indices[index * + ] = i * this.Rows + j;
this.indices[index * + ] = (i + ) * this.Rows + j;
this.indices[index * + ] = i * this.Rows + (j + ); this.indices[index * + ] = i * this.Rows + (j + );
this.indices[index * + ] = (i + ) * this.Rows + j;
this.indices[index * + ] = (i + ) * this.Rows + (j + );
}
}
}
#endregion
m_pVB.SetData(verts, , LockFlags.None);//设置顶点缓冲区的顶点数据为上面申请的顶点的数组中包含的数据
m_pTex = TextureLoader.FromFile(pDevice, "DomeSky.jpg");
m_pIB.SetData(this.indices, , LockFlags.None);
} public void Render(Microsoft.DirectX.Direct3D.Device pDevice)
{
pDevice.VertexFormat = CustomVertex.PositionTextured.Format;
pDevice.SetStreamSource(, m_pVB, );
pDevice.Indices = m_pIB;
pDevice.SetTexture(, m_pTex); //绘制半透明状态
pDevice.SetRenderState(RenderStates.AlphaBlendEnable, true);
pDevice.SetRenderState(RenderStates.BlendOperation, true);
pDevice.SetRenderState(RenderStates.SourceBlend, Blend.SourceAlpha.GetHashCode());
pDevice.SetRenderState(RenderStates.DestinationBlend, Blend.InvSourceAlpha.GetHashCode());
//下面的代码用于多层纹理映射。在此不起作用。
//pDevice.SetTextureStageState(0, TextureStageStates.AlphaOperation, TextureOperation.Modulate.GetHashCode());
//pDevice.SetTextureStageState(0, TextureStageStates.ColorArgument1, TextureArgument.Diffuse.GetHashCode());
pDevice.SetTextureStageState(, TextureStageStates.AlphaOperation, TextureOperation.SelectArg1.GetHashCode());
pDevice.SetTextureStageState(, TextureStageStates.AlphaArgument1, TextureArgument.TextureColor.GetHashCode());
pDevice.SetRenderState(RenderStates.MultisampleAntiAlias, true);//启用多重采样,反锯齿。
//需要调用带索引的图元绘制函数
pDevice.DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType.TriangleList, , , (this.Rows + ) * (this.Columns + ), , indices.Length / );
//绘制完毕应将及时关闭Alpha混合状态
//pDevice.SetRenderState(RenderStates.AlphaBlendEnable, false);
}
public void Destroy()
{
if (m_pVB != null)
{
m_pVB.Dispose();
} for (int i = ; i < ; i++)
{
if (m_pTex!= null)
{
m_pTex.Dispose();
}
}
}
}
}
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