21. D3D-Sprite

在游戏开发的早期，游戏都是2D的。这些2D游戏通常有带有sprite特征和对象的滚动背景。游戏中的sprite只是显示在屏幕上的物体的2D图像。通过轻微改变对象，可以让这些sprite产生动画，从而有一种运动的外观，而这与卡通动画系列中所做的工作一样。如果读者曾经见过一本活页书，就会对sprite动画有一个明确的了解。动画的每一帧代表了每幅图像轻微的变化。例如，想象有一幅人物静静站着的图像，然后下一系列的人物图像是他的腿慢慢的抬起。要一直这样做，只到有一幅人物走动的完整动画为止。

从本质上讲，sprite只是一个2D图像集合，它使用alpha通道，分解图像中希望不可见的像素。为了让sprite显示动画，可以收集一套图像，并在每一帧显示不同的图像，从而显示动画。sprite在场景中是2D的，它们总是面对着屏幕。在3D游戏中，除了GUI对象或粒子系统之外很少需要使用这样的东西。在粒子系统中，可以是2D四边形，总是面对摄象机，因为它们十分小，所以游戏玩家从来不知道它们是相同的东西。无论从哪个角度观察它，都是相同的。这对雪、雨、烟等都有很好的效果。在当今3D游戏论坛中，倾向于使用粒子系统效果，而不是像过去所有的游戏那样。记得最初的游戏DEMO么？虽然它是一个第一人称的3D射击游戏，但是人物和物体也只是2D sprite。当习惯了一些像原创游戏《雷神之锤》(Quake)中真实的3D人物、物体和环境等几年后，这一切就发生了变化。

现在将介绍使用Direct3D函数创建面向摄象机的sprite。当然，只需创建纹理四边形即可，但还是要做一些数学计算以确保游戏玩家饶着摄象机移动时，四边形始终对着摄象机。通过使用硬件强制让GPU处理方向和比例，将工作放在GPU上处理，可以减轻CPU的一些负担。

点状sprite
       点状sprite是Direct3D(或OpenGL)中的sprite对象，它可以由硬件处理，而不是程序员手动处理。为了创建和使用点状sprite，需要做的全部工作是同其他几个参数一样指定sprite的纹理和位置，并且由硬件将其渲染到屏幕上。要使用点状sprite，无需什么代码，如某个结构或是函数调用。所需要的是SetRenderState()函数以及绘制单个点的能力。SetRenderState()函数能够启动点状sprite，同样还可以设置sprite的尺寸和比例。

#include<d3d9.h>
#include<d3dx9.h>

#define WINDOW_CLASS    "UGPDX"
#define WINDOW_NAME     "D3D Point Sprites"
#define WINDOW_WIDTH    640
#define WINDOW_HEIGHT   480

// Function Prototypes...
bool InitializeD3D(HWND hWnd, bool fullscreen);
bool InitializeObjects();
void RenderScene();
void Shutdown();


// Direct3D object and device.
LPDIRECT3D9 g_D3D = NULL;
LPDIRECT3DDEVICE9 g_D3DDevice = NULL;

// Matrices.
D3DXMATRIX g_projection;

// Vertex buffer to hold the geometry.
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 g_VertexBuffer = NULL;

// Holds a texture image.
LPDIRECT3DTEXTURE9 g_Texture = NULL;

// A structure for our custom vertex type
struct stD3DVertex
{
    float x, y, z;
    unsigned long color;
};

// Our custom FVF, which describes our custom vertex structure
#define D3DFVF_VERTEX (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_DIFFUSE)

inline unsigned long FtoDW(float val) { return *((unsigned long*)&val); }


LRESULT WINAPI MsgProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch(msg)
    {
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);
        return 0;
        break;

    case WM_KEYUP:
        if(wParam == VK_ESCAPE) PostQuitMessage(0);
        break;
    }

    return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);
}


int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInst, HINSTANCE prevhInst, LPSTR cmdLine, int show)
{
    // Register the window class
    WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L, 0L,
        GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,
        WINDOW_CLASS, NULL };
    RegisterClassEx(&wc);

    // Create the application's window
    HWND hWnd = CreateWindow(WINDOW_CLASS, WINDOW_NAME, WS_OVERLAPPEDWINDOW,
        100, 100, WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT,
        GetDesktopWindow(), NULL, wc.hInstance, NULL);

    // Initialize Direct3D
    if(InitializeD3D(hWnd, false))
    {
        // Show the window
        ShowWindow(hWnd, SW_SHOWDEFAULT);
        UpdateWindow(hWnd);

        // Enter the message loop
        MSG msg;
        ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));

        while(msg.message != WM_QUIT)
        {
            if(PeekMessage(&msg, NULL, 0U, 0U, PM_REMOVE))
            {
                TranslateMessage(&msg);
                DispatchMessage(&msg);
            }
            else
                RenderScene();
        }
    }

    // Release any and all resources.
    Shutdown();

    // Unregister our window.
    UnregisterClass(WINDOW_CLASS, wc.hInstance);
    return 0;
}


bool InitializeD3D(HWND hWnd, bool fullscreen)
{
    D3DDISPLAYMODE displayMode;

    // Create the D3D object.
    g_D3D = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION);
    if(g_D3D == NULL) return false;

    // Get the desktop display mode.
    if(FAILED(g_D3D->GetAdapterDisplayMode(D3DADAPTER_DEFAULT, &displayMode)))
        return false;

    // Set up the structure used to create the D3DDevice
    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
    ZeroMemory(&d3dpp, sizeof(d3dpp));

    if(fullscreen)
    {
        d3dpp.Windowed = FALSE;
        d3dpp.BackBufferWidth = WINDOW_WIDTH;
        d3dpp.BackBufferHeight = WINDOW_HEIGHT;
    }
    else
        d3dpp.Windowed = TRUE;
    d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
    d3dpp.BackBufferFormat = displayMode.Format;

    // Create the D3DDevice
    if(FAILED(g_D3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,
        D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &g_D3DDevice)))
    {
        return false;
    }

    // Initialize any objects we will be displaying.
    if(!InitializeObjects()) return false;

    return true;
}


bool InitializeObjects()
{
    // Create a list of vertices to make sprites out of.
    stD3DVertex sprites[] =
    {
        {-0.5f, -0.5f, 2.0f, D3DCOLOR_XRGB(255,0,255)},
        {0.5f, -0.5f, 2.0f, D3DCOLOR_XRGB(0,255,0)},
        {0.5f, 0.5f, 2.0f, D3DCOLOR_XRGB(0,0,255)},
        {-0.5f, 0.5f, 2.0f, D3DCOLOR_XRGB(255,0,0)}
    };

    // Create the vertex buffer.
    if(FAILED(g_D3DDevice->CreateVertexBuffer(sizeof(sprites),
        D3DUSAGE_DYNAMIC | D3DUSAGE_WRITEONLY |
        D3DUSAGE_POINTS, D3DFVF_VERTEX, D3DPOOL_DEFAULT,
        &g_VertexBuffer, NULL))) return false;

    // Fill the vertex buffer.
    void *ptr;

    if(FAILED(g_VertexBuffer->Lock(0, sizeof(sprites),
        (void**)&ptr, 0))) return false;

    memcpy(ptr, sprites, sizeof(sprites));

    g_VertexBuffer->Unlock();


    // Load the texture image from file.
    if(D3DXCreateTextureFromFile(g_D3DDevice, "sprite.tga",
        &g_Texture) != D3D_OK) return false;

    // Set the image states to get a good quality image.
    g_D3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR);
    g_D3DDevice->SetSamplerState(0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR);

    // Set default rendering states.
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE);


    // Set the projection matrix.
    D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&g_projection, 45.0f,
        WINDOW_WIDTH/WINDOW_HEIGHT, 0.1f, 1000.0f);

    g_D3DDevice->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &g_projection);

    return true;
}


void RenderScene()
{
    // Clear the backbuffer.
    g_D3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0), 1.0f, 0);

    // Begin the scene.  Start rendering.
    g_D3DDevice->BeginScene();

    // Draw square.
    g_D3DDevice->SetTexture(0, g_Texture);

    //D3DRS_ALPHABLENDENABLE是启不启用alpha混合
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE);
    //设置目标的alpha混合系数
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_ONE);

    // D3DRS_POINTSPRITEENABLE = TRUE,则将当前纹理整个映射到点精灵上去不用指定纹理坐标
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSPRITEENABLE, TRUE);
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALEENABLE, TRUE);
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE, FtoDW(1.0));
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSIZE_MIN, FtoDW(1.0f));
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_A, FtoDW(0.0f));
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_B, FtoDW(0.0f));
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALE_C, FtoDW(1.0f));

    g_D3DDevice->SetStreamSource(0, g_VertexBuffer,
        0, sizeof(stD3DVertex));
    g_D3DDevice->SetFVF(D3DFVF_VERTEX);
    g_D3DDevice->DrawPrimitive(D3DPT_POINTLIST, 0, 4);

    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSPRITEENABLE, FALSE);
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_POINTSCALEENABLE, FALSE);
    g_D3DDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, FALSE);

    // End the scene.  Stop rendering.
    g_D3DDevice->EndScene();

    // Display the scene.
    g_D3DDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
}


void Shutdown()
{
    if(g_D3DDevice != NULL) g_D3DDevice->Release();
    g_D3DDevice = NULL;

    if(g_D3D != NULL) g_D3D->Release();
    g_D3D = NULL;

    if(g_VertexBuffer != NULL) g_VertexBuffer->Release();
    g_VertexBuffer = NULL;

    if(g_Texture != NULL) g_Texture->Release();
    g_Texture = NULL;
}

　　

　　

该演示程序需要在启用点状sprite后渲染一列点。由于正在渲染点，因为不需要在顶点结构或FVF中指定纹理坐标。Direct3D负责纹理贴图。所要做的全部工作就是在渲染点之前，施加纹理，设置点状sprite(如果尚未设置它们)，并渲染大量的几何图形。

在Direct3D中渲染的4个点状sprites。同样，全部所需做的工作就是调用SetRenderState()函数，绘制出纹理点。

使用了SetRenderState()函数来设置点状sprite。使用D3DRS_POINTSPRITEENABLE标识符可以给函数发送TRUE(真)或FALSE(假)，从而启用或禁用点状sprite。D3DRS_POINTSCALEENABLE标识符能够启用或禁用点状sprite的比例，这样可以设置比例值以基于距离调整单个sprite的尺寸。

       sprite的尺寸由D3DRS_POINTSIZE_MIN和D3DRS_POINTSIZE标识符指定。D3DRS_POINTSIZE_MIN用于设置点状sprite的最小尺寸，而D3DRS_POINTSIZE用于设置sprite的尺寸。点状sprite的比例可以使用D3DRS_POINTSCALE_*设定，而这里*是A、B或C。所有这些默认值都是1并且在将D3DRS_POINTSCALEENABLE设为TRUE时可以使用它们。该比例可以根据距离更改点状sprite的形状。

除了启动点状sprite和设置比例选项值之外，将sprite渲染到屏幕上所要做的工作就是绘制出一列点。通常使用发送给DrawPrimitive()函数的D3DPT_TRIANGLELIST标识符来绘制三角形。但对点状sprite而言，需要将该标识符设为D3DPT_POINTLIST。在渲染点之前绑定纹理，会给点状sprite增加纹理。除此之外，这就是创建和渲染点榨sprite所要做的所有工作。另外，Direct3D会在内部处理所有的事情。