第11讲 天空.docx

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第11讲天空

天空构造

在上一章，我们采用一个平面网格表示地面，这样的场景不够真实。

本章我们学习构造出一个更加真实的场景，给它加上天空和地面，地面有一定的坡度，使之可以在高地起伏的3D游戏场景中漫步。

1、天空的构造方法与原理

构造天空的方法：

（1）用一种接近天空的淡蓝色清除背景颜色，然后在上面用白色绘制出白云，这种方法简单，但不够逼真。

（2）绘制一个长方体盒子，然后将天空纹理贴图到各个多边形上，此方法只要纹理贴图使用的足够好，就可以达到很好的视觉效果。

但长方体到底其边框边时，会发现其各个多边形的衔接缝。

（3）绘制一个半球体，使之笼罩在地面上，贴上天空纹理图，给人一个真实的天似穹庐视觉效果，但半球体的顶部点附近纹理贴图会有一定的皱褶。

这里我们以长方体盒子贴图来构造天空。

构造天空的原理：

前后左右4幅贴图

顶部纹理图

5个多边形纹理贴图相连

使用的纹理贴图合适，可以使之在视觉上看不到衔接缝隙，使视觉效果更加逼真。

天上

地下

封装CCubeSky类

#pragmaonce

#include

#include

#include"Camera.h"

structCUSTOMVERTEX2

{

FLOATx,y,z;

FLOATtu,tv;

};

#defineD3DFVF_CUSTOMVETEX2（D3DFVF_XYZ|D3DFVF_TEX1）

classCCubeSky

{

private:

LPDIRECT3DDEVICE9m_pd3dDevice;

LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9m_pVB;

LPDIRECT3DINDEXBUFFER9m_pIB;

LPDIRECT3DTEXTURE9m_pTexScene[6];

floatlen;

public:

CCubeSky（LPDIRECT3DDEVICE9pd3dDevice）;

~CCubeSky（void）;

HRESULTVBInit（）;

voidRender（）;

boolSetTexture（constWCHAR*FileTexture,intflag）;

};

CCubeSky.cpp

#include"CubeSky.h"

CCubeSky:

:

CCubeSky（LPDIRECT3DDEVICE9pd3dDevice）

{

m_pd3dDevice=pd3dDevice;

this->m_pIB=NULL;

this->m_pVB=NULL;

len=100.0f;

}

CCubeSky:

:

~CCubeSky（void）

{}

HRESULTCCubeSky:

:

VBInit（）

{

//创建天空盒需要的8个顶点

CUSTOMVERTEX2gCubeVerts[]=

{

//z方向点和纹理坐标

{-len,0.0f,-len,1.0f,1.0f},//0

{-len,len,-len,1.0f,0.0f},//1

{len,0.0f,-len,0.0f,1.0f},//2

{len,len,-len,0.0f,0.0f},//3

{len,0.0f,len,1.0f,1.0f},//4

{len,len,len,1.0f,0.0f},//5

{-len,0.0f,len,0.0f,1.0f},//6

{-len,len,len,0.0f,0.0f},//7

//x方向点和纹理坐标

{len,0.0f,-len,1.0f,1.0f},//2-8

{len,len,-len,1.0f,0.0f},//3-9

{len,0.0f,len,0.0f,1.0f},//4-10

{len,len,len,0.0f,0.0f},//5-11

{-len,0.0f,-len,0.0f,1.0f},//0-12

{-len,len,-len,0.0f,0.0f},//1-13

{-len,0.0f,len,1.0f,1.0f},//6-14

{-len,len,len,1.0f,0.0f},//7-15

//y方向点和纹理坐标

{-len,0.0f,-len,1.0f,0.0f},//0-16

{len,0.0f,-len,0.0f,0.0f},//2-17

{-len,0.0f,len,1.0f,1.0f},//6-18

{len,0.0f,len,0.0f,1.0f},//4-19

{-len,len,-len,1.0f,1.0f},//1-20

{len,len,-len,0.0f,1.0f},//3-21

{len,len,len,0.0f,0.0f},//5-22

{-len,len,len,1.0f,0.0f},//7-23

};

//创建天空盒需要的顶点的索引

WORDgCubeIndices[]=

{2,3,1,//z方向

2,1,0,//

6,7,5,//

6,5,4,//

10,11,9,//x方向

10,9,8,//

12,13,15,//

12,15,14,//

16,18,19,//y方向

16,19,17,//

20,21,22,//

20,22,23

};

//创建顶点缓冲区

if（FAILED（m_pd3dDevice->CreateVertexBuffer（sizeof（gCubeVerts）,

0,

D3DFVF_CUSTOMVETEX2,

D3DPOOL_DEFAULT,

&m_pVB,

NULL

）））

{

returnE_FAIL;

}

VOID*pVertices;

//锁定顶点缓冲区

if（FAILED（m_pVB->Lock（0,sizeof（gCubeVerts）,

（void**）&pVertices,0）））

{

returnE_FAIL;

}

//把顶点数组的数据拷贝到顶点缓冲区中

memcpy（pVertices,gCubeVerts,sizeof（gCubeVerts））;

m_pVB->Unlock（）;//解锁顶点缓冲区

//创建索引缓冲区

if（FAILED（m_pd3dDevice->CreateIndexBuffer（sizeof（gCubeIndices）,

0,

D3DFMT_INDEX16,

D3DPOOL_DEFAULT,

&m_pIB,

NULL

）））

{

returnE_FAIL;

}

VOID*pIndices;

//锁定索引缓冲区

if（FAILED（m_pIB->Lock（0,sizeof（gCubeIndices）,

（void**）&pIndices,0）））

returnE_FAIL;

//把索引数组的值拷贝索引缓冲区中

memcpy（pIndices,gCubeIndices,sizeof（gCubeIndices））;

m_pIB->Unlock（）;//解锁索引缓冲区

returnS_OK;

}

boolCCubeSky:

:

SetTexture（constWCHAR*FileTexture,intflag）

{

if（FAILED（D3DXCreateTextureFromFile（m_pd3dDevice,FileTexture,

&m_pTexScene[flag]）））

{

returnfalse;

}

returntrue;

}

voidCCubeSky:

:

Render（）

{

D3DXMATRIXmatrix,smatrix,tmatrix,rmatrix;

//m_Camera.ProcInput（）;

//设置数据源

m_pd3dDevice->SetStreamSource（0,m_pVB,0,sizeof（CUSTOMVERTEX2））;

m_pd3dDevice->SetFVF（D3DFVF_CUSTOMVETEX2）;

m_pd3dDevice->SetIndices（m_pIB）;

m_pd3dDevice->SetRenderState（D3DRS_CULLMODE,D3DCULL_CCW）;//背面消隐

m_pd3dDevice->SetRenderState（D3DRS_LIGHTING,false）;//光照关闭

m_pd3dDevice->SetRenderState（D3DRS_ZENABLE,false）;//关闭Zbuffer

//SetProjection（）;//投影

//画天空盒设置纹理

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[0]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,0,4,0,2）;

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[1]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,4,4,6,2）;

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[2]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,8,4,12,2）;

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[3]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,12,4,18,2）;

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[4]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,16,4,24,2）;

m_pd3dDevice->SetTexture（0,m_pTexScene[5]）;

m_pd3dDevice->DrawIndexedPrimitive（D3DPT_TRIANGLELIST,0,20,4,30,2）;

}

球形天空构造

球面天空是通过在半球面上进行纹理贴图实现的，因此，需要分割一个半球面获得各个顶点，然后定义顶点的灵活顶点格式，设置和计算每个顶点的xyz坐标和纹理uv坐标，最后将顶点数据送入渲染管道流水线进行处理，如图所示

假设半球面上的任意点p=（px,py,pz）半球体的半径为r，α和β为相应的经度角和纬度角，如图下所示。

从图中可以看出，经度角α的取值范围在区间[0,2π]内，而纬度角β的取值范围在区间[0,π/2]内。

所以顶点p的坐标计算公式如下：

接下来考虑纹理坐标的计算。

若将2π除以经度角就可以得到维度线的条数，而若将π/2除以维度角就可以得到经度线的条数。

因此，根据p点的经度角α和维度角β就可以计算出p点的纹理坐标。

可以按照下面代码计算出p点的坐标和纹理坐标。

m_fSkyboxRadius=fRadius;//半球体的半径

m_nNumLatitudes=360/nAlpha;//维度线的条数

m_nNumLongitudes=90/nBeta;//经度线的条数

m_nVertsPerLongi=m_nNumLatitudes+1;//每条经度线上的顶点数

m_nVertsPerLati=m_nNumLongitudes+1;//每条维度线上的顶点数

m_nNumVertices=m_nVertsPerLati*m_nVertsPerLongi;

//灵活顶点格式

structSkyBoxVERTEX

{

FLOAT_x,_y,_z;

FLOAT_u,_v;

SkyBoxVERTEX（FLOATx,FLOATy,FLOATz,FLOATu,FLOATv）

:

_x（x）,_y（y）,_z（z）,_u（u）,_v（v）{}

staticconstDWORDFVF=D3DFVF_XYZ|D3DFVF_TEX1;

};

//计算地形的灵活顶点

if（FAILED（m_pd3dDevice->CreateVertexBuffer（m_nNumVertices*sizeof（SKYBOXVERTEX）,

D3DUSAGE_WRITEONLY,SKYBOXVERTEX:

:

FVF,D3DPOOL_MANAGED,&m_pVertexBuf,0）））

returnFALSE;

SKYBOXVERTEX*pVertices=NULL;

m_pVertexBuf->Lock（0,0,（void**）&pVertices,0）;

intnIndex=0;

FLOATfAlpha=2.0f*D3DX_PI*nAlpha/360.0f;//经度角转换为弧度表示

FLOATfBeta=2.0f*D3DX_PI*nBeta/360.0f;//维度角转换为弧度表示

for（introw=0;row

{

for（intcol=0;col

{

//计算顶点的坐标

pVertices[nIndex]._x=fRadius*cosf（row*fBeta）*cosf（col*fAlpha）;

pVertices[nIndex]._y=fRadius*sinf（row*fBeta）;

pVertices[nIndex]._z=fRadius*cosf（row*fBeta）*sinf（col*fAlpha）;

//计算顶点的纹理坐标

pVertices[nIndex]._u=col*fAlpha/（2.0f*D3DX_PI）;

pVertices[nIndex]._v=row*fBeta/（D3DX_PI/2.0f）;

nIndex++;

}

}

m_pVertexBuf->Unlock（）;

对于半球面上的任意点A，并以该点为起始顶点的两个相邻三角形的顶点B、C、D点，它们的位置关系将如图所示。

pIndices[nIndex+0]=row*m_nVertsPerLongi+col;

pIndices[nIndex+1]=（row+1）*m_nVertsPerLongi+col;

pIndices[nIndex+2]=（row+1）*m_nVertsPerLongi+col+1;

pIndices[nIndex+3]=row*m_nVertsPerLongi+col;

pIndices[nIndex+4]=（row+1）*m_nVertsPerLongi+col+1;

pIndices[nIndex+5]=row*m_nVertsPerLongi+col+1;

nIndex+=6;

球形天空类定义：

CSkyBox.h

classCSkybox

{

private:

LPDIRECT3DDEVICE9m_pd3dDevice;

LPDIRECT3DTEXTURE9m_pTexture;

LPDIRECT3DINDEXBUFFER9m_pIndexBuf;

LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9m_pVertexBuf;

INTm_nNumLatitudes;//维度的数目

INTm_nNumLongitudes;//经度的数目

INTm_nVertsPerLati;//每条维度上包含的顶点数

INTm_nVertsPerLongi;//每条经度上包含的顶点数

INTm_nNumVertices;//顶点总数

FLOATm_fSkyboxRadius;//球形天空的半径

structSKYBOXVERTEX//球形天空的顶点结构

{

FLOAT_x,_y,_z;

FLOAT_u,_v;

SKYBOXVERTEX（FLOATx,FLOATy,FLOATz,FLOATu,FLOATv）

:

_x（x）,_y（y）,_z（z）,_u（u）,_v（v）{}

staticconstDWORDFVF=D3DFVF_XYZ|D3DFVF_TEX1;

};

public:

CSkybox（IDirect3DDevice9*pd3dDevice）;

virtual~CSkybox（void）;

public:

BOOLLoadSkybox（wchar_t*pTextureFile）;//加载纹理

BOOLInitSkybox（INTnAlpha,INTnBeta,FLOATnRadius）;//初始化球形天空

BOOLDrawSkybox（D3DXMATRIX*pMatWorld,BOOLbDrawFrame=FALSE）;//绘制天空

};

球形天空类的实现SkyBox.cpp

#include"SkyBox.h"

CSkyBox:

:

CSkyBox（IDirect3DDevice9*pd3dDevice）

{

m_pd3dDevice=pd3dDevice;

m_pTexture=NULL;

m_pIndexBuf=NULL;

m_pVertexBuf=NULL;

m_nNumVertices=0;

m_nNumLatitudes=0;

m_nNumLongitudes=0;

m_nVertsPerLongi=0;

m_nVertsPerLati=0;

m_fSkyBoxRadius=0;

}

CSkyBox:

:

~CSkyBox（void）

{

if（m_pIndexBuf!

=NULL）

m_pIndexBuf->Release（）;

if（m_pTexture!

=NULL）

m_pTexture->Release（）;

if（m_pVertexBuf!

=NULL）

m_pVertexBuf->Release（）;

}

BOOLCSkyBox:

:

LoadSkyBox（wchar_t*pTextureFile）

{

//加载天空纹理

if（FAILED（D3DXCreateTextureFromFile（m_pd3dDevice,pTextureFile,&m_pTexture）））

returnFALSE;

returnTRUE;

}

BOOLCSkyBox:

:

InitSkyBox（INTnAlpha,INTnBeta,FLOATfRadius）

{

m_fSkyBoxRadius=fRadius;//半球体的半径

m_nNumLatitudes=360/nAlpha;//维度线的条数

m_nNumLongitudes=90/nBeta;//经度线的条数

m_nVertsPerLongi=m_nNumLatitudes+1;//每条经度线上的顶点数

m_nVertsPerLati=m_nNumLongitudes+1;//每条维度线上的顶点数

m_nNumVertices=m_nVertsPerLati*m_nVertsPerLongi;

//计算天空的灵活顶点

if（FAILED（m_pd3dDevice->CreateVertexBuffer（m_nNumVertices*sizeof（SkyBoxVERTEX）,

D3DUSAGE_WRITEONLY,SkyBoxVERTEX:

:

FVF,D3DPOOL_MANAGED,&m_pVertexBuf,0）））

returnFALSE;

SkyBoxVERTEX*pVertices=NULL;

m_pVertexBuf->Lock（0,0,（void**）&pVertices,0）;

intnIndex=0;

FLOATfAlpha=2.0f*D3DX_PI*nAlpha/360.0f;//经度角转换为弧度表示

FLOATfBeta=2.0f*D3DX_PI*nBeta/360.0f;//维度角转换为弧度表示

for（introw=0;row

{

for（intcol=0;col

{

//计算顶点的坐标

pVertices[nIndex]._x=fRadius*cosf（row*fBeta）*cosf（col*fAlpha）;

pVertices[nIndex]._y=fRadius*sinf（row*fBeta）;

pVertices[nIndex]._z=fRadius*cosf（row*fBeta）*sinf（col*fAlpha）;

//计算顶点的纹理坐标

pVertices[nIndex]._u=col*fAlpha/（2.0f*D3DX_PI）;

pVertices[nIndex]._v=row*fBeta/（D3DX_PI/2.0f）;

nIndex++;

}

}

m_pVertexBuf->Unlock（