dx12 龙书第十八章学习笔记 -- 立方体贴图
本章讨论：立方体贴图 cube map,即以特殊的方式来运用这种由6个纹理所构成的基本数组。我们可以利用这项技术方便地映射天空纹理或模拟反射。
1.什么是立方体贴图 -- Cube Map
立方体贴图的主要思想是：存储6个纹理,将它们分别看作立方体的6个面。此立方体的中心点位于某坐标系的原点,且该立方体对齐于该坐标系的主轴。由于立方体纹理是轴对齐的,它的每个面对应于坐标系某个方向的主轴,因此我们可以根据与面相交的坐标轴方向(±X,±Y,±Z)来引用立方体图的特定面。
在Direct3D中,立方体图被表示为一个由6个元素所构成的纹理数组：
- 索引0援引的是与+X轴相交的面
- 索引1援引的是与-X轴相交的面
- 索引2援引的是与+Y轴相交的面
- 索引3援引的是与-Y轴相交的面
- 索引4援引的是与+Z轴相交的面
- 索引5援引的是与-Z轴相交的面
寻找立方体图中纹素的方法与普通的2D纹理并不相同,此时需要使用3D纹理坐标：它定义了一个起点位于原点的查找向量v,从原点出发沿着向量v方向的射线打到立方体贴图的交点,即为对应的纹素。可以看出,查找向量v的大小并不重要,两个方向相同大小不同的查找向量会得到相同的纹素。
在HLSL中,立方体纹理用TextureCube类型来表示：
TextureCube gCubeMap;
SampleState gsamLinearWrap : register(s2);...// 在PS中:
float3 v = float3(x,y,z); // 某查找向量
float4 color = gCubeMap.Sample(gsamLinearWrap, v);查找向量与立方体图应该位于同一空间中。
2.环境贴图 -- Environment Mapping
立方体贴图的主要应用是环境贴图。其思路是：使视场角为90°(垂直视场角与水平视场角)的摄像机位于场景中某物体的中心点O处。让摄像机朝着x、y、z轴的正负总共6个方向进行观察,以这6个视角来截取场景中的图像,将6张周围环境图像存于立方体贴图的6个面中,这就是环境图的由来。
根据上面的描述,我们为每一个采用环境贴图的物体来创建一个环境图[用于反射],这些纹理耗费较多内存。折中的实现办法：①仅在场景中的关键处截取少量环境图,为每个物体采集场景中离它们最近的环境图,因为不精确反射很难被注意到②采集环境图时,忽略部分物体,比如不考虑近处物体,只考虑远处山脉天空的环境贴图。
由于立方体图仅存储纹理数据,所以我们无须实时渲染,我们可以让美工预先制作出纹理的内容。我们可以在3D场景编辑器中绘制场景,然后预先渲染立方体图的6个面上的图像。对于户外环境图来说,Terragen程序是一种普遍的选择,它免费且能够创建具有照片级真实感的室外场景来。
应用程序中,加载dds还是使用DDSTextureLoader.h/.cpp的CreateDDSTextureFromFile12()函数：
auto skyTex = std::make_unique<Texture>();
skyTex->Name = "skyTex";
skyTex->Filename = L"Textures/grasscube1024.dds";
ThrowIfFailed(DirectX::CreateDDSTextureFromFile12(md3dDevice.Get(), mCommandList.Get(), skyTex->Filename.c_str(), skyTex->Resource, skyTex->UploadHeap));// 为立方体贴图创建SRV
D3D12_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc = {};
srvDesc.Shader4ComponentMapping = D3D12_DEFAULT_SHADER_4_COMPONENT_MAPPING;
srvDesc.ViewDimension = D3D12_SRV_DIMENSION_TEXTURECUBE; // 维度
srvDesc.TextureCube.MostDetailedMip = 0;
srvDesc.TextureCube.MipLevels = skyTex->GetDesc().MipLevels;
srvDesc.TextureCube.ResourceMinLODClamp = 0.f;
srvDesc.Format = skyTex->GetDesc().Format;
md3dDevice->CreateShaderResourceView(skyTex.Get(), &srvDesc, hDescriptor);
3.绘制天空纹理
利用环境图绘制天空纹理：创建一个巨大的球体围绕整个场景,再为其绘制纹理。具体实现：可以将天空球的中心置于摄像机上,且天空球随着摄像机的移动而移动
实现天穹效果的着色器文件如下：
// Sky.hlsl -- 处理球体并为其贴图
#include "Common.hlsl"struct VertexIn
{float3 PosL : POSITION;float3 NormalL : NORMAL;float2 TexC : TEXCOORD;
};struct VertexOut
{float4 PosH : SV_POSITION;float3 PosL : POSITION;
};VertexOut VS(VertexIn vin)
{VertexOut vout;// 用局部顶点的未知作为立方体图的查找向量vout.PosL = vin.PosL;// 把顶点转换到世界空间float4 posW = mul(float4(vin.PosL, 1.0f), gWorld);// 总是以摄像机作为天空球的中心posW.xyz += gEyePosW;// 设置z=w,从而使z/w=1(即令球面总是位于远平面)vout.PosH = mul(posW, gViewProj).xyww; // 让透视除法后z始终等于1,也就是位于远平面return vout;
}float4 PS(VertexOut pin) : SV_Target
{return gCubeMap.Sample(gsamLinearWrap, pin.PosL);
}
渲染天空的着色器程序与绘制普通物体的着色器程序(Default.hlsl)有着明显的区别,但由于它们的根签名是相同的,所以不必在绘制过程中改变根签名了。这两个hlsl文件所共用的代码已经移入Common.hlsl文件中。
// Common.hlsl部分内容
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