如何使用DXUT框架

DXUT即DirectX Utility Library，它是微软为DirectX Samples写的一个框架，有了这个框架，Sample的构建就方便多了，这个框架实际上抽取了构建Sample的公共代码，比如处理窗口消息，处理设备丢失与重设等等，将这些代码提取出来放到DXUT中，便于每个Sample重用。这样一来，我们就可以从繁重的重复代码中解脱出来，专注于编写customer code。下面我们就看一下如何用DXUT框架造自己的DirectX程序。在这里我使用的DirectX SDK版本是March 2008, 编译器是VSTS2008 想要使用DXUT，必须安装DirectX SDK，这里下载使用DXUT伴随DirectX SDK发布的不只是类库，Demo，还有许多实用的工具，比如Sample Browser便是其中之一，这个工具主要是用来浏览和管理DX的Samples。通过这个工具可以查看DX中各种各样的Sample，并且可以安装，微软十分任性化，提供了一个空的工程在这里，该工程只有框架的代码，没有实际的渲染内容。我们下面要做的就是在这个框架里面添加自己的代码。首先，启动DirectX Sample Browser（开始菜单，DirectX目录下），在里面找到"Empty Project"工程，点击InstallProject按钮来安装它安装提示后会提示是否打开工程目录，打开工程之后，你会看到这个空的工程已经包含了许多代码，但是这些都是框架代码，没有做任何实际的渲染，你可以编译并运行这个程序，当然你只会得到一个蓝色的窗口，里面空无一物。也很美，不是么？不要小看这个毫无内容的窗口，实际上DUXT已经为你完成了许多棘手的工作，比如处理窗口大小变化的代码，如果自己写，是要费一番功夫的。好了，下面我们来润色一下，添加点东西进去，就像许多程序设计语言的第一课都以hello world为例一样，大多数图形学教程的第一个模型都是以teapot为例，我们也不例外，就画一个茶壶吧。在D3D中，绘制一个model大体要这么四步，我们就以茶壶为例，这四步搞懂了，下面就好理解了1. 定义mesh2. 创建mesh3. 绘制mesh4. 释放mesh说点题外话，什么是mesh说了如此多的mesh，那么到底什么是mesh呢？我在刚刚接触这个词的时候，也很茫然，这个词的中文译名基本是网格。在D3D中，最小的几何图元是三角形，说它最小，是因为不可再细分了，也就是说在D3D中，无论多么复杂的模型，最终都可以分解为若干个三角形，这个并不难理解，比如我想画一个正方形，就可以使用两个等腰直角三角形拼接一个，我想画个立方体，则可以用若干个正方形来拼接。即使是一个球体，也可以用若干个三角形组合而成，这么多的三角形放到一起，看起来就行成了很多网格，我想大概这就是mesh的来历吧。对比下面两张图，你可以更清楚的明白mesh的含义模型对应的网格以下所提到的函数，都是EmptyProject.cpp中的代码好了，下面开始绘制茶壶的详细步骤。首先声明一个全局变量，用来保存茶壶对应的mesh1 ID3DXMesh* mesh = 0// mesh pointer for teapot然后，在OnD3D9CreateDevice函数中创建teapot1 D3DXCreateTeapot(pd3dDevice, &mesh, NULL) 在OnD3D9FrameRender函数中绘制teapot，注意，绘制代码一定要放在BeginScene和EndScene之间1 // Render the scene2 if( SUCCEEDED( pd3dDevice->BeginScene() ) )3 {4 mesh->DrawSubset(0) //绘制茶壶5 V( pd3dDevice->EndScene() )6 }7 最后，当绘制结束时要清理mesh，在OnD3D9DestroyDevice函数中释放mesh1 if(mesh != NULL)

2 mesh->Release() //释放mesh3 好了，编译运行。。。如果不出意外的话，你肯定看不到茶壶，而是一条黑线为什么呢？再漂亮的美女，站在你背后，你也欣赏不到美，计算机就更笨了，你得告诉它看什么，向哪里看，这就需要设置设置view matrix和projection matrix，现在来设置它们，定义一个函数SetupMatrix，如下Code并在OnD3D9FrameRender函数中调用之1 SetupMatrix(pd3dDevice) // 调用自定义的SetupMatrix函数

2 3 // Render the scene4 if( SUCCEEDED( pd3dDevice->BeginScene() ) )5 {6 mesh->DrawSubset(0)

7 V( pd3dDevice->EndScene() )8 }9 好了，再次编译并运行，哇，茶壶出现了！可是仍然是黑色的，黑的不好看，来个彩色的吧，OK，继续！要想使Model丰富多彩，就要设置材质（material）和光照，这两个属性决定了Model的最终颜色，简单解释一下这两个属性，和现实生活中的情况是一样的。同一束光照在不同的材质上效果是不同的，比如一束光在石头上和照在玻璃上效果肯定不一样。所以材质是决定光照的一个因素，也就是光的反射程度，映射到D3D中就是设置材质的漫射光属性。另一个就是关照本身了，在这里我们使用平行光。于是添加如下函数设置光照效果。diffuse表示漫射光，而ambient表示环境光，一般将他们的值设为相同r，g，b分别表示红，绿，蓝三种颜色的程度，范围是0.0-1.0，在这里r和g设置为1.0而b设置为0.0，实际上构造了一个反射黄色光的材质，也就是我们最终看见的model颜色将是黄色。再将入射光定为白色，方向指向x轴正向。一般来说，D3D程序通常将入射光设置为白色，而通过设置材质来决定最终的反射光颜色，本例即如此。Code在OnD3D9FrameRender函数中调用之1 SetupMatrix(pd3dDevice)

2 SetupLight(pd3dDevice)

3 再次编译运行，哇，经典的蓝黄配！但是这个茶壶是固定的，如何让它动起来呢，使之可以响应用户的输入。这就需要用到DXUT的Camera类，这里我们使用ModelViewCamera来实现，默认情况下，生成的EmptyProject是不包含Camera类的，所以我们要手动添加，来到程序所在目录，将DXUT-Optional文件夹下的DXUTres.h，DXUTres.cpp，DXUTcamera.h和DXUTcamera.cpp四个文件加入到工程中的DXUT文件夹下在EmptyProject.cpp文件头部加上下面一句，以便可以使用camera类1 #include "DXUTCamera.h"定义一个全局变量保存model camera1 CModelViewerCamera modelCamera 在OnD3D9CreateDevice函数中设置view matrixeyePt 眼睛 位于z轴的负半轴5个单位距离处，DirectX使用左手系，z轴正向指向屏幕内部。lookAt 视点 位于坐标原点通过这个设置，我们相当于在z轴负半轴5个单位距离处朝坐标原点看至于向上向量，camera类会为我们设置，一般是 D3DXVECTOR3 up(0.0f, 1.0f, 0.0f)1 D3DXVECTOR3 eyePt(0.0f, 0.0f, -5.0f)

2 D3DXVECTOR3 lookAt(0.0f, 0.0f, 0.0f)

3 modelCamera.SetViewParams(&eyePt, &lookAt)

4 在OnD3D9ResetDevice函数中设置投影矩阵Code注意，到这里时，上面那个自定义的SetupMatrix函数就可以不用了，因为我们使用Camera来处理矩阵了在OnFrameMove函数中调用camera的FrameMove函数1 modelCamera.FrameMove(fElapsedTime)在MsgProc函数中调用camera的消息处理函数，这使得model camera可以处理鼠标消息1 modelCamera.HandleMessages(hWnd, uMsg, wParam, lParam) 最后，也是最重要的，是OnD3D9FrameRender函数中的代码在每一帧开始绘制之前，我们要取得当前的矩阵并应用到当前的Scene中Code好了，运行程序看看，貌似和前一次没什么区别啊？区别大了！现在你可以：拖动鼠标左键旋转model，注意旋转model时光照效果不变拖动鼠标右键旋转camera，注意旋转camera时光照会发生明暗变化，因为我们的视点变了，这就好比一束光照向茶壶的正面，茶壶不动，光的方向也不改变，而你作为观察者围着茶壶转，当你转到茶壶背面时，你将看到比较暗的一面。滑动鼠标滚轮，向前滑动时，是zoom in，茶壶会被放大，向后滑动时，是zoom out，茶壶会被缩小。

关卡设计的工具是什么？是引擎。这个答案简单明了。每个熟悉3D游戏的玩家，都会把Unreal、Doom3、Source这样的引擎挂在嘴边。不过，引擎到底是什么？

我就以Unreal为例，解释一下引擎的构成与基本功能。

所谓的“Unreal引擎”，实际上指的是“Unreal Editor”这个编辑器。游戏公司花钱买引擎，实际上就是买这一套基本编辑器的使用权与修改权，同时享受引擎开发公司的技术支持。这个编辑器是一个集成的编程环境，可以理解为3D MAX的部分功能加上一个集成化的C编程环境——虽然看起来很复杂，但是只要掌握了用法就会觉得很方便。这个编辑器也是程序组和设计组两组人马的区别所在，程序员们面对的是编辑器以下的底层工作，而设计师们要面对的则是在编辑器基础以上的设计工作。例如在我们UBI，程序员们基本上是与游戏内容无涉的。

和如今绝大多数的3D引擎一样，Unreal引擎的基本设计概念是基于BSP（Binary Space Partition，可以翻译作二进制空间区块）上面的。简单来说，一个BSP就是空间中的一个基本单位，例如一个立方体就是一个BSP。一个BSP可以是空心的，也可以是实心的；Unreal引擎的默认设定是整个空间都是实心的，然后用空心的BSP在实心空间中“挖”出可利用空间来。BSP的最大特点就是“简单”，为了绘图和计算方便，搭建BSP的时候都要使用尽可能简单的形状和结构。这是由于BSP本身全部都需要即时演算生成，如果结构复杂的话，有很多复杂相切的话，系统计算量会很大。

对于比较复杂的物件，比如场景、摆设、人物等等，就不能使用BSP即时演算了，需要预先做好3D物体与贴图，放在内存中再由引擎读入。这种物件我们称作Mesh。Mesh有两种：动态Mesh和静态Mesh。动态Mesh（Animation Mesh）要和动画搭配，一般都是用来表现人物角色，这个部分由动画组负责制作；静态Mesh（Static Mesh）就是那些没有必要做出动画的普通Mesh，一个游戏中绝大多数的摆设、物件都是这一类。Mesh按照种类分别在引擎中打好包，关卡设计师可以随时调用；如果关卡设计中需要什么特殊的物品，一般也会让美工打包加入其中。倘若是有特殊功能的物品，比如和主角或敌人有互动的Mesh，程序员还会给它们加上调用接口。但Mesh和BSP有一个相当大的不同：为了优化起见，一般Mesh都不会做碰撞计算（由于形状比较复杂的缘故）。如果是要做碰撞计算的物体，一般还要单独加上一层碰撞Mesh（Collsion Mesh）。碰撞Mesh基本上都比普通Mesh结构简单，而且不用贴图。

当然，有很多游戏需要野外场景，有些还需要大量的野外场景，比如“幽灵行动”系列。在这种情况下，引擎提供了功能强大的地形编辑功能（Terrain Editor）。和BSP不同，Terrain并不是方块，而可以完成比较复杂的地形结构，但相对地消耗资源也比较厉害。因为一个Terrain需要很多的贴图层和多边形来绘制，而且几乎总不能隐藏。所以，在大多数游戏中，你很难见到地形复杂的室外场景——至于背景远处的远景，一般都是用消隐面加上背景盒（Skybox）来完成。

编辑器中和关卡设计相关的另外一个重要功能是放置Actor。Unreal中所有的东西都被列属于Actor类之中，包括BSP和Mesh，但除去这两类之外还有很多其他的Actor，这些Actor往往和游戏内容相关。例如，NPC的移动需要有路点或者引导Mesh；NPC的自动掩护和行动，需要有Coverspot、Actionspot之类的东西；NPC的AI需要有Script Actor；和玩家相关的重要位置，需要有判定点和目标点；游戏中的特殊音乐和音效，需要有声音Actor……在某些游戏（比如强调黑暗行进的分裂细胞）中，灯光也和关卡设计有很大关系。这些具体的内容要视游戏而定，但摆放的好坏却决定了一个关卡设计的优劣。关于摆放和AI，我会在下面专门谈到。

根据具体游戏的不同，引擎还有许多其它的功能，不过那都是细节问题。

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