第九作坊中的畫素光照實現

畫素光照

與固定管線不同，使用可程式設計管線可以實現靈活多樣的渲染效果。然而事物總有兩面，使用可程式設計管線就必須編寫shader程式。本節的內容將以分析實現各種效果的shader為主，在此之前有必要簡單說明shader的使用方法。下面的偽**說明了如何使用id3dxeffect介面執行shader程式。

使用d3dxcreateeffectfromfile讀取並編譯shader

使用effect->begin設定渲染狀態

使用effect->beginpass裝入當前pass的shader程式①

渲染需要渲染的東西②

使用effect->endpass清空裝入的shader①

使用effect->end恢復渲染狀態

①beginpass/endpass是在開始和結束乙個 pass時必須執行的操作，由於無法得知其內部實現，它的具體功能只是一種推測。

②這裡渲染的實體都將「通過」當前的shader，d3d會自動的將頂點緩衝的資訊在適當的時候裝入相應的暫存器。shader中就可以通過訪問暫存器訪問這些資料了。

畫素光照

光照處理一直是遊戲中十分搶眼的部分，真實眩目的光照效果往往可以將遊戲的影象效果提公升乙個檔次。畫素光照是指畫素級別的光照，即每個畫素都將執行光照運算，其產生的效果遠遠超過頂點級別的光照。在ffp中只能使用頂點光照。正如前面提到的，shader分為vs，ps兩種，vs將對每個頂點執行，而ps則為每個畫素執行。乙個effect物件可以封裝多個vs、ps。下面的shader程式使用hlsl編寫，實現了具有環境光、漫反射、鏡面反射的光照效果。

struct vs_input ;

struct vs_output ;

vs_output vs_main( vs_input input )② ⑪

struct ps_input

;float4 ps_main(ps_input input) : color0 ⑫

⑧將環境光和物體材質混合，並乘以環境光係數（ka，kd，ks分別為光源的環境光係數、漫反射係數、鏡面反射係數、具體數值由應用程式設定）。

⑨計算漫反射強度，使用公式：d=(-n.l) 式中：

d——漫反射強度；n——法線向量；l——光線向量；

再將光源的漫反射顏色和材質混合，並乘以漫反射強度和漫反射係數。

⑩計算鏡面反射強度，使用公式：(r.v)^ns，式中：

r——反射向量；ns——鏡面反射指數；v——觀察方向；

ns越大表示物體表面越光滑鏡面反射的強度越大，同時光照面積越小；v可以利用觀察者的位置和當前頂點位置求出。**中乘以max(0, -dotnlinworld/abs(dotnlinworld))的作用是：保證只有當n.l為負的時候才會出現鏡面反射，否則鏡面反射為0。因為當n.l為正時意味著n和l同向，所以此時當前畫素在物體的背光面，不會發生鏡面反射。

⑪ 將vs_output結構返回。

⑫ 這裡是ps主過程，定義了輸入變數和輸出變數。和vs不同的是ps的輸出變數必須為float4，該值將會傳遞到渲染流水線的下乙個階段進行alphablend等運算，並最終輸出到螢幕上。另外，ps中的輸入資料一般是從vs的輸出中獲得的，但是在vs、ps之間並不是直接的引數傳遞。從3.2節開始處的圖2-4可以看出vs、ps之間還有乙個叫做primitive processing的過程，該過程中處理實體資訊，包括對每個頂點的vs輸出進行插值，並送入ps的輸入暫存器。所以，ps的輸入就是當前畫素所在三角形的各個頂點的vs輸出的插值結果。在本程式中vs輸出的3個顏色值都會經歷這個過程並送到ps中。這樣的最大好處是：將大量的運算放在vs中，運算結果交給ps使用。由於vs的執行效率比ps高的多，大大加快了處理速度，同時由於ps的輸入是在頂點間「平滑」過度的，所以不用擔心產生多邊形之間出現「顏色突變」的現象。

⑬ 對紋理貼圖取樣。取樣是指：根據給出的貼圖座標按照一定的方式取出指定貼圖的顏色值。這裡使用2d取樣取得與當前畫素對應的顏色值。

⑭ 最終，將所有的三種顏色迭加在一起，並用lightpower控制光照的整體強度。

上圖展示了畫素光照的渲染效果。

圖a,c光照方向均沿著x軸正方向。

圖b環境光係數，漫反射係數，鏡面反射係數，鏡面反射指數分別設定為0.1，1， 0，2。其他各圖設定均為0.1，1，1，2。

圖a,b,d分別為不同角度的觀察結果.

通過上面的shader**，介紹了實現畫素光照的方法以及vs，ps之間傳遞引數的方法.

第九作坊中的畫素光照實現

第九節 Quartz中的作業

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