Windows 8 Directx 开发学习笔记（十四）使用几何着色器实现三角形细分

几何着色器是从DirectX 10才引入的着色器，是一个可选阶段，位于顶点着色器和像素着色器阶段之间。顶点着色器以顶点作为输入数据，而几何着色器以完整的图元作为输入数据，像点、直线、三角形等。之所以引进几何着色器是为了充分利用GPU的计算能力来生成几何结构和模型细节，减轻CPU的负担，让CPU更专注于逻辑控制。几何着色器的编程和其它着色器类似，在VS2012中默认生成的几何着色器代码如下：

struct GSOutput
{float4 pos : SV_POSITION;
};[maxvertexcount(3)]
void main(triangle float4 input[3] :SV_POSITION,inout TriangleStream<GSOutput > output
)
{for (uint i = 0; i < 3;i++){GSOutputelement;element.pos =input[i];output.Append(element);}
}

这部分代码没有对顶点进行任何处理，主要注意下几何着色器与其它着色器不同的地方：maxvertexcount用来说明几何着色器所能输出顶点的最大数量，因为几何着色器每次输出的顶点数目可以不同。而triangle则说明输入是一个三角形图元，input[3]表明每次读入三角形的三个顶点。TriangleStream说明输出是一个流类型的对象，它是一个描述三角形的顶点列表，在main方法中构造好一个顶点后，使用Append方法将其加入列表。关于几何着色器更详细的介绍当然还得参考书籍和MSDN，接下来就实现一个用几何着色器对三角形进行细分的效果。

可以看出，把一个三角形细分成四个三角形，总的顶点数增加一倍。（写到这里突然想到游戏中常用的材质细节选项，不知道是不是通过设置不同的细分参数来区别。）知道基本方法后就可以进行代码的编写。这次是对第十二篇实现的模型进行细分。

首先向项目中添加几何着色器，并重命名为SimpleGeometryShader。注意这里需要更改编译选项，之前的着色器模型是 4 级别 9_3 (/4_0_level_9_3)，而几何着色器是在DirectX 10中才引入的，所以要更改着色器模型为4 (/4_0)。

然后要修改几何着色器中的结构体定义，与顶点着色器对应：

struct VertexShaderOutput
{float4 posH : SV_POSITION;float3 posW   : POSITION;float3 normal : NORMAL;float2 tex : TEXCOOD;float2 texa :TEXCOOD_ALPHA;
};struct GSOutput
{float4 posH : SV_POSITION;float3 posW : POSITION;float3 normal : NORMAL;float2 tex : TEXCOOD;float2 texa :TEXCOOD_ALPHA;uint   PrimID : SV_PrimitiveID;
};

几何着色器的输入是顶点着色器的输出，所以几何着色器的main方法定义如下：

// 将输入三角形分割为四个小三角形
[maxvertexcount(8)]
void main(triangle VertexShaderOutputinput[3],inout TriangleStream<GSOutput > output)

在main方法中进行计算时与其它着色器没什么区别。首先生成5个数组，对应结构体的5个属性，而每个数组均包含6个元素，对应之前图中的6个顶点。

  // v1,v2,v3是原始顶点，m0,m1,m2是各边中点////     示意图          新数组中的序号//       v1              5//       *               *//      / \             / \//     /  \            / a \//  m0*-----*m1      1*-----*3//   / \  / \        / \ c / \ //  /   \/   \      / b \ / d \// *-----*-----*   *-----*-----*//v0    m2    v2   0     2     4float4 ph[6];ph[0] =input[0].posH;ph[1] =0.5f*(input[0].posH + input[1].posH);ph[2] =0.5f*(input[2].posH + input[0].posH);ph[3] =0.5f*(input[1].posH + input[2].posH);ph[4] =input[2].posH;ph[5] =input[1].posH;float3 pw[6];pw[0] =input[0].posW;pw[1] =0.5f*(input[0].posW + input[1].posW);pw[2] =0.5f*(input[2].posW + input[0].posW);pw[3] =0.5f*(input[1].posW + input[2].posW);pw[4] =input[2].posW;pw[5] =input[1].posW;float3 n[6];n[0] =input[0].normal;n[1] =normalize(input[0].normal + input[1].normal);n[2] =normalize(input[2].normal + input[0].normal);n[3] =normalize(input[1].normal + input[2].normal);n[4] =input[2].normal;n[5] =input[1].normal;float2 t[6];t[0] =input[0].tex;t[1] =0.5f*(input[0].tex + input[1].tex);t[2] =0.5f*(input[2].tex + input[0].tex);t[3] =0.5f*(input[1].tex + input[2].tex);t[4] =input[2].tex;t[5] =input[1].tex;float2 ta[6];ta[0] =input[0].texa;ta[1] =0.5f*(input[0].texa + input[1].texa);ta[2] =0.5f*(input[2].texa + input[0].texa);ta[3] =0.5f*(input[1].texa + input[2].texa);ta[4] =input[2].texa;ta[5] =input[1].texa;

生成所有需要的信息后就可以输出小三角形了。

// 画分割后的小三角形bcd
for(int i = 0; i < 5;++i)
{ gOut.posH =ph[i];gOut.posW =pw[i];gOut.normal =n[i];gOut.tex =t[i];gOut.texa =ta[i];output.Append(gOut);
}

细分后下面的一排三角形b、c、d是连续的，构成三角形带，可以只循环5次。而上面的三角形a需要单独输出。


output.RestartStrip();// 画分割后的小三角形a
gOut.posH =ph[1];
gOut.posW =pw[1];
gOut.normal =n[1];
gOut.tex = t[1];
gOut.texa = ta[1];
output.Append(gOut);gOut.posH =ph[5];
gOut.posW =pw[5];
gOut.normal =n[5];
gOut.tex = t[5];
gOut.texa =ta[5];
output.Append(gOut);gOut.posH =ph[3];
gOut.posW =pw[3];
gOut.normal =n[3];
gOut.tex = t[3];
gOut.texa =ta[3];
output.Append(gOut);

开始调用RestartStrip方法用来结束三角形带，重新开始输出顶点序列，让后面添加的三个顶点构成三角形。

至此，几何着色器的代码编写完成，而顶点着色器和像素着色器均无需更改，接下来就修改C++代码。首先为Renderer类添加新成员：

Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11GeometryShader> m_geometryShader;

然后在CreateDeviceResources方法中添加以下代码以载入几何着色器

auto loadGSTask = DX::ReadDataAsync("SimpleGeometryShader.cso");
auto createGSTask = loadGSTask.then([this](Platform::Array<byte>^ fileData) {DX::ThrowIfFailed(m_d3dDevice->CreateGeometryShader(fileData->Data,fileData->Length,nullptr,&m_geometryShader));});

现在开始就能够在程序中使用几何着色器了。在Render方法中设置顶点着色器后面添加下面的代码，用来设置几何着色器：

// 设置几何着色器m_d3dContext->GSSetShader(m_geometryShader.Get(),nullptr,0);

另外，为了看清细分与不细分的区别，将水面设置为线框渲染模式，并改变了下观察角度。对比图如下：

上面是细分后的效果，下面是未细分的效果。

本篇文章源代码：Direct3DApp_HillWaveGS

原文地址：http://blog.csdn.net/raymondcode/article/details/8503985

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