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顶点着色器入门

Let me see see — Thu, 05 Jan 2012 02:45:00 GMT

顶点着色器(vertex shader)是一个在图形卡的GPU上执行的程序，它替换了固定功能管线(fixed function pipeline)中的变换(transformation)和光照(lighting)阶段。(这不是百分之百的正确，因为顶点着色器可以被Direct3D运行时(Direct3D runtime)以软件模拟，如果硬件不支持顶点着色器的话)。图17.1说明了管线中顶点着色器替换的部件。

　　从图17.1，我们知道，顶点以局部坐标输入到顶点着色器，并且必须输出齐次剪裁空间的有颜色的顶点。(经投影矩阵变换顶点后的空间称作齐次剪裁空间(homogeneous clip space)。因此，要把一个顶点从局部空间变换到齐次坐标空间，我们必须应用下列变换序列：世界变换(world transformation)，视图变换(view transformation)和投影变换(projection transformation)，它们分别由世界矩阵，视图矩阵和投影矩阵来完成。)对于点元(point primitive)，顶点着色器也被用于操作每个顶点的顶点大小。

　　由于顶点着色器是我们(在HLSL中)写的一个自定义程序，因此我们在图形效果方面获得了极大的自由性。我们不再受限于Direct3D的固定光照算法。此外，应用程序操纵顶点位置的能力也有了多样性，例如：cloth simulation，粒子系统的点大小操纵，还有顶点混合/morphing。此外，我们的顶点数据结构更自由了，并且可以在可编程管线中包含比在固定功能管线中多得多的数据。

　　顶点着色器仍然是相对新的特性，并且许多图形卡不支持它们，特别是随DirectX 9发布的较新版本的顶点着色器。通过检查D3DCAPS9结构的VertexShaderVersion成员，可以测试顶点着色器的版本。下列代码段展示了这一点：

以下是引用片段：
　// If the device's supported version is less than version 2.0
　　if( caps.VertexShaderVersion < D3DVS VERSION(2, 0) )
　　// Then vertex shader version 2.0 is not supported on this device.

　　我们看到D3D_VERSION的两个参数分别接收主和次版本号。现在，D3DXCompileShaderFromFile函数支持顶点着色器版本1.1和2.0。

　　17.1顶点声明

　　我们已经使用自由顶点格式(flexible vertex format，FVF)来描述顶点结构中的各分量。但是，在可编程管线中，顶点数据包含的数据比用FVF所能表达的多很多。因此，我们通常使用更具表达性并且更强大的顶点声明(vertex declaration)。注意：如果FVF能够描述我们的顶点格式我们仍然可以在可编程管线中使用它。不管用何种方法，只是为了方便，同样FVF会在内部被转换为一个顶点声明。

　　17.1.1 描述顶点声明

　　我们将一个顶点声明描述为一个D3DVERTEXELEMENT9结构的数组。D3DVERTEXELEMENT9数组中的每个成员描述了一个顶点的分量。所以，如果你的顶点结构有三个分量(例如：位置、法线、颜色)，那么其相应的顶点声明将描述3个D3DVERTEXELEMENT9结构的数组。这个D3DVERTEXELEMENT9结构定义如下：

以下是引用片段：
typedef struct _D3DVERTEXELEMENT9 {
　　BYTE Stream;
　　BYTE Offset;
　　BYTE Type;
　　BYTE Method;
　　BYTE Usage;
　　BYTE UsageIndex;
　　} D3DVERTEXELEMENT9;

　　Stream——指定与顶点分量相关联的流

　　ffset——偏移，按字节，相对于顶点结构成员的顶点分量的开始。例如，如果顶点结构是：

以下是引用片段：
struct Vertex
　　{
　　D3DXVECTOR3 pos;
　　D3DXVECTOR3 normal;
　　};

　　……pos分量的偏移是0，因为它是第一个分量;normal分量的偏移是12，因为sizeof(pos) = 12。换句话说，normal分量以Vertex的第12个字节为开始。

　　Type——指定数据类型。它可以是D3DDECLTYPE枚举类型的任意成员;完整列表请参见文档。常用类型如下：

　　D3DDECLTYPE_FLOAT1——浮点数值

　　D3DDECLTYPE_FLOAT2——2D浮点向量

　　D3DDECLTYPE_FLOAT3——3D浮点向量

　　D3DDECLTYPE_FLOAT4——4D浮点向量

　　D3DDECLTYPE_D3DCOLOR—D3DCOLOR类型，它扩展为RGBA浮点颜色向量(r g b a)，其每一分量都是归一化到区间[0, 1]了的。

　　Method——指定网格化方法。我们认为这个参数是高级的，因此我们使用默认值，标识为D3DDECLMETHOD_DEFAULT.。

　　Usage——指定已计划的对顶点分量的使用。例如，它是否准备用于一个位置向量、法线向量、纹理坐标等?有效的用途标识符(usage identifier)是D3DDECLUSAGE枚举类型的：

以下是引用片段：
typedef enum _D3DDECLUSAGE {
　　D3DDECLUSAGE_POSITION = 0, // Position.
　　D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHTS = 1, // Blending weights.
　　D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES = 2, // Blending indices.
　　D3DDECLUSAGE_NORMAL = 3, // Normal vector.
　　D3DDECLUSAGE_PSIZE = 4, // Vertex point size.
　　D3DDECLUSAGE_TEXCOORD = 5, // Texture coordinates.
　　D3DDECLUSAGE_TANGENT = 6, // Tangent vector.
　　D3DDECLUSAGE_BINORMAL = 7, // Binormal vector.
　　D3DDECLUSAGE_TESSFACTOR = 8, // Tessellation factor.
　　D3DDECLUSAGE_POSITIONT = 9, // Transformed position.
　　D3DDECLUSAGE_COLOR = 10, // Color.
　　D3DDECLUSAGE_FOG = 11, // Fog blend value.
　　D3DDECLUSAGE_DEPTH = 12, // Depth value.
　　D3DDECLUSAGE_SAMPLE = 13 // Sampler data.
　　} D3DDECLUSAGE;

　　D3DDECLUSAGE_PSIZE类型用于指定一个顶点的大小。它用于点精灵，因此我们可以基于每个顶点控制其大小。一个D3DDECLUSAGE_POSITION成员的顶点声明意味着这个顶点已经被变换，它通知图形卡不要把这个顶点送到顶点处理阶段(变形和光照)。

　　UsageIndex——用于标识多个相同用途的顶点分量。这个用途索引是位于区间[0, 15]间的一个整数。例如，假设我们有三个用途为D3DDECLUSAGE_NORMAL的顶点分量。我们可以为第一个指定用途索引为0，为第二个指定用途索引为1，并且为第三个指定用途索引为2。按这种方式，我们可以通过其用途索引标识每个特定的法线。

　　顶点描述声明的例子：假设我们想要描述的顶点格式由位置向量和三个法线向量组成。顶点声明可以指定如下：

以下是引用片段：
　D3DVERTEXELEMENT9 decl[] =
　　{
　　{0, 0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0},
　　{0, 12, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 0},
　　{0, 24, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 1},
　　{0, 36, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 2},
　　D3DDECL_END()
　　};

　　D3DDECL_END宏用于初始化D3DVERTEXELEMENT9数组的最后一个顶点元素。同样的，注意法向量的用途索引标签。

　　17.1.2 创建顶点声明

　　一旦你描述了一个顶点声明为D3DVERTEXELEMENT9数组，我们就可以使用下面的方法获得一个IDirect3DVertexDeclaration9接口指针：

以下是引用片段：
HRESULT IDirect3DDevice9::CreateVertexDeclaration(
　　CONST D3DVERTEXELEMENT9* pVertexElements,
　　IDirect3DVertexDeclaration9** ppDecl
　　);

　　pVertexElements——D3DVERTEXELEMENT9结构数组，它描述我们想要创建的顶点声明。

　　ppDecl——用于返回创建的IDirect3DVertexDeclaration9接口指针

　　例子调用，其中decl是一个D3DVERTEXELEMENT9数组：

　　IDirect3DVertexDeclaration9* _decl = 0;

　　hr = _device->CreateVertexDeclaration(decl, &_decl);

　　17.1.3 使用一个顶点声明

　　回忆一下：自由顶点格式是一个方便的特性并且在内部转换成了顶点声明。因此，当直接使用顶点声明，我们不再需要调用：Device->SetFVF( fvf );

　　相反，我们调用：Device->SetVertexDeclaration( _decl );

　　其中，_decl是一个IDirect3DVertexDeclaration9接口指针。

　　17.2顶点数据用途

　　考虑这个顶点声明：

以下是引用片段：
D3DVERTEXELEMENT9 decl[] =
　　{
　　{0, 0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0},
　　{0, 12, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 0},
　　{0, 24, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 1},
　　{0, 36, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 2},
　　D3DDECL_END()
　　};

我们需要一种方式，来定义一个顶点声明的元素到顶点着色器的Input结构的数据成员的映射。我们在Input结构中通过指定每个数据成员的语义(: usage-type [usage-index])定义这个映射。语义通过元素的用途类型和用途索引标识顶点声明中的一个元素。由数据成员的语义标识的顶点元素是得以映射到数据成员的元素。例如，对应于前面的顶点声明的输入结构是：

以下是引用片段：
　struct VS_INPUT
　　{
　　vector position : POSITION;
　　vector normal : NORMAL0;
　　vector faceNormal1 : NORMAL1;
　　vector faceNormal2 : NORMAL2;
　　};

　　注意：如果我们遗漏了用途索引，就意味着用途索引为零。例如，POSITION和POSITION0是同一样东西。

　　这里decl中的元素0，由用途POSITION和用途索引0标识，它映射到position。decl中的元素1，由用途NORMAL和用途索引0标识，它映射到normal。decl中的元素2，由NORMAL和用途索引1标识，它映射到faceNormal1。decl中的元素3，由用途NORMAL和用途索引2标识，它映射到faceNormal2。

　　受支持的顶点着色器输入用途(input usage)是：

　　POSITION [n]——位置

　　BLENDWEIGHTS [n]——混合权重

　　BLENDINDICES [n]——混合索引

　　NORMAL [n]——法线向量

　　PSIZE[n]——顶点大小

　　DIFFUSE [n]——散射颜色

　　SPECULAR [n]——镜面颜色

　　TEXCOORD [n]——纹理坐标

　　其中，n是一个位于区间[0, 15]的可选整数。

　　此外，对于输出结构，我们必须指定每个成员是用来做什么的。例如，数据成员应该被作为位置向量、颜色、纹理坐标等对待吗?图形卡没主意，除非你强制的告诉它。这也需要通过语法的语义来完成：

以下是引用片段：
　struct VS_OUTPUT
　　{
　　vector position : POSITION;
　　vector diffuse : COLOR0;
　　vector specular : COLOR1;
　　};

　　受支持的顶点着色器输出用途是：

　　POSITION—位置

　　PSIZE—顶点大小

　　FOG—雾混合值

　　COLOR [n]—顶点颜色。注意：可以有多个顶点颜色被输出，并且这些颜色可以被混合在一起以产生最终的颜色。

　　TEXCOORD [n]—顶点纹理坐标。注意：多个顶点纹理坐标可以被输出。

　　其中，n是一个位于区间[0, 15]的可选整数。

原文连接：http://www.cppblog.com/lovedday/category/6620.html

Let me see see 2012-01-05 10:45 发表评论

高级着色语言HLSL入门(转)

Let me see see — Sat, 21 May 2011 00:08:00 GMT

高级着色语言HLSL入门（7）      摘要: 大多数函数已经重载以使其可以对所有内建类型有意义。例如，abs对所有数值类型有意义，所以它为所有这些数值类型进行了重载。又例如，叉积的叉乘仅对 3D向量有意义，所以它对所有类型的3D向量（比如：int，float，double的3D向量）进行了重载。另一方面，线性插值——lerp，对于数值、2D、3D和4D向量有意义，因此重载了这些类型。

高级着色语言HLSL入门（6）      摘要: HLSL有一个丰富的内建函数的集合，它们对3D图形来说非常有用。下表是一个删减了的列表，注意：要得到更多的参考，可以参看DirectX文档中内建HLSL函数的完整列表。

高级着色语言HLSL入门（5）      摘要: 为便于参考，这里给出一个HLSL定义的关键字列表：

高级着色语言HLSL入门（4）      摘要: HLSL支持下列数值类型（scalar type）：

bool—True or false value. Note that HLSL provides the true and false keywords.

int—32bit signed integer

half—16bit floating-point number

float—32bit floating-point number

double—64bit floating-point number

注意：一些平台不支持int, half, and double类型，这时我们使用 float类型模拟。

高级着色语言HLSL入门（3）      摘要: 下一个方法就是设置常量的默认值，这些默认值在声明时初始化。这个方法应该在应用程序建立（setup）期间被调用一次（called once）。

高级着色语言HLSL入门（2）      摘要: 每个着色器有一个常量表，用来保存它的变量。D3DX库通过ID3DXConstantTable接口，提供给应用程序访问着色器的常量表。通过这个接口我们能够在应用程序中设置着色器源代码中的变量。

我们现在描述ID3DXConstantTable接口的方法列表的实现，全部的列表请查阅Direct3D文档。

高级着色语言HLSL入门（1）      摘要: 在我们写的程序里顶点和像素是很小的对象，它们由GPU来执行，是固定功能管线的一部分。用我们自己写的着色器程序替换一部分固定功能管线，在绘制效果上我们获得很大的灵活性。我们不再局限于预定义的"固定"操作。

为了编写着色器程序，我们需要一种高级着色器语言（High-Level Shading Language ，简称HLSL）。在DirectX 8中，着色器是用低级着色器汇编语言编写的。幸运的是，我们不必再用汇编语言来写着色器了，DirectX 9支持一种高级着色器语言来写。

Let me see see 2011-05-21 08:08 发表评论

Direct3D9 Fx/HLSL的若干条有用的笔记（转）

Let me see see — Sat, 21 May 2011 00:02:00 GMT

Direct3D中的Shader是这样的：

1. ASM Shader是最元老的也是DX8主要使用Shader

2. fxc编译器可以同时编译ASM,HLSL和fx脚本,其中HLSL和fx可以查看编译后的GPU汇编代码

3. D3D9中，fx是HLSL的一种渲染脚本，简化了HLSL设置及常量绑定，并且附带RenderStateBlock及设置

但只能用于制作简单的Shader

4. DirectXSDK中有一个概念混淆：C++例子中的BasicHLSL使用的其实还是fx，HLSLwithoutEffects例子才是真正的纯HLSL

5.fx与HLSL程序鉴别：

使用fx程序必定含有：D3DXCreateEffectXXX 系列函数， ID3DXEffect对象，渲染中能看到SetTechnique，BeginPass，EndPass之类的字眼

使用纯HLSL程序含有：D3DXCompileShader，ID3DXConstantTable对象，GetConstantByName，GetConstantDesc之类的字眼

6. 在fx中包含有 VertexShader，PixelShader代码及profile，entry，RenderState设置及简单的绘制过程(pass)。一次编译后，VS,PS,Texture,Sampler及常量都是在ID3DXEffect对象中自动完成，无需手动设置。

7. HLSL可以将VS及PS代码写入1个.hlsl文件。注意，以下这种代码可以在HLSL中编译过，但实际没有任何效果

   1:  sampler_state

   2:  {

   3:      Texture = ;

   4:      MipFilter = LINEAR;

   5:      MinFilter = LINEAR;

   6:      MagFilter = LINEAR;

   7:  };

.csharpcode, .csharpcode pre { font-size: small; color: black; font-family: consolas, "Courier New", courier, monospace; background-color: #ffffff; /*white-space: pre;*/ } .csharpcode pre { margin: 0em; } .csharpcode .rem { color: #008000; } .csharpcode .kwrd { color: #0000ff; } .csharpcode .str { color: #006080; } .csharpcode .op { color: #0000c0; } .csharpcode .preproc { color: #cc6633; } .csharpcode .asp { background-color: #ffff00; } .csharpcode .html { color: #800000; } .csharpcode .attr { color: #ff0000; } .csharpcode .alt { background-color: #f4f4f4; width: 100%; margin: 0em; } .csharpcode .lnum { color: #606060; }

这点可以参考AMD RenderMonkey中只在shader中使用sampler而忽略texture。

8. fx中往shader设置纹理使用的是ID3DXBaseEffect::SetTexture下的这个函数

   1:  HRESULT SetTexture(

   2:    D3DXHANDLE hParameter,

   3:    LPDIRECT3DBASETEXTURE9 pTexture

   4:  );

但是在HLSL中，这点就变得很麻烦，需要手动设置，可以参考这篇文章

Shader代码片段：

   1:  sampler Samp0 = sampler_state

   2:  {

   3:      Texture = ;

   4:      MipFilter = LINEAR;

   5:      MinFilter = LINEAR;

   6:      MagFilter = LINEAR;

   7:  };

编译HLSL代码后得到ConstantTable，然后取出句柄：

   1:  ScalarHandle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Scalar");

2:

   3:  Samp0Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Samp0");

4:

   5:  Samp1Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Samp1");

再从句柄取出symbol的描述：

   1:  UINT count;

2:

   3:  pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp0Handle, & Samp0Desc, &count);

4:

   5:  pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp1Handle, & Samp1Desc, &count);

通过上面的描述，将纹理变量的寄存器偏移作为纹理的stage

8. 优化常量设置速度的方法一般就是根据字符串取出句柄，以后每次渲染时，只通过句柄设置。但ID3DXConstantTable最后还是通过

IDirect3DDevice9::SetPixelShaderConstantX 系列函数来实现的

   1:  HRESULT SetPixelShaderConstantF(

   2:    UINT StartRegister,

   3:    CONST float * pConstantData,

   4:    UINT Vector4fCount

   5:  );

9. HLSL将一段包含VS和PS代码编译完成后，将得到VS和PS两个单独的ID3DXConstantTable

Let me see see 2011-05-21 08:02 发表评论