用DirectX实现多视图渲染

什么是多视图

一般的3D程序都只有一个视图，对应整个窗口的客户区。多视图就是在一个窗口中放置多个视图，以便从不同的角度观察模型或者场景。很多图形软件都有这个功能，比如大家熟知的3DMax就有四个视图，分别是前视图，左视图，顶视图和透视图。还有一些游戏引擎也有类似的Demo，比如irrlicht引擎中的SplitScreen就是用多视图实现的，如下图。

什么是视口(viewport)？

用DirectX实现多视图有几种方法，可以使用多个Viewport，也可以使用多个Swap Chain，后者实现起来比较复杂，以后再做介绍，先看如何使用多个viewport来实现。那么到底什么是viewport呢？举个现实中的例子，假设你站在一个密封的房子里，这个房子只有一个很小的窗口，你现在就站在窗口前面，通过这个窗口你可以观察到外面的世界，那么这个窗口就相当于一个视口，而外面的世界就是3D中的场景。视口有以下几个属性，长度和宽度，为了确定窗口的位置，我们还需要一个左上角坐标。为了支持Z-Buffer，还需要两个深度值，分别是zMin, zMax，表示最小深度和最大深度。好了，这就是视口的定义。在D3D中，视口用下面的结构体来表示，X和Y表示视口的左上角坐标，Width和Height表示窗口的宽度和高度，MinZ和MaxZ表示Z-buffer的最小值和最大值。

typedef struct D3DVIEWPORT9 {
    DWORD X;
    DWORD Y;
    DWORD Width;
    DWORD Height;
    float MinZ;
    float MaxZ;
} D3DVIEWPORT9, *LPD3DVIEWPORT9;

实现多个视口渲染需要以下几个步骤。

• 创建主窗口
• 将主窗口分割为四个区域
• 设置每个区域对应的视口并渲染

创建主窗口

WNDCLASSEX winClass ;

winClass.lpszClassName = "MultiViewports";
winClass.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
winClass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
winClass.lpfnWndProc = MsgProc;
winClass.hInstance = hInstance;
winClass.hIcon = NULL ;
winClass.hIconSm = NULL ;
winClass.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW) ;
winClass.hbrBackground = NULL ;
winClass.lpszMenuName = NULL ;
winClass.cbClsExtra = 0;
winClass.cbWndExtra = 0;

RegisterClassEx (&winClass) ;

HWND hWnd = CreateWindowEx(NULL,
                           winClass.lpszClassName, // window class name
                           "MultiViewports", // window caption
                           WS_OVERLAPPEDWINDOW, // window style
                           32, // initial x position
                           32, // initial y position
                           600, // initial window width
                           600, // initial window height
                           NULL, // parent window handle
                           NULL, // window menu handle
                           hInstance, // program instance handle
                           NULL) ; // creation parameters

// Create window failed
if(hWnd == NULL)
{
    MessageBoxA(hWnd, "Create Window failed!", "Error", 0) ;
    return -1 ;
}

分割主窗口

首先通过GetClientRect函数获得窗口的尺寸，然后将其横竖一分为二，这样整个窗口被分割为四部分，分别对应四个视口区域。如下图。这一步并没有实际的代码对应，而是在创建视口的时候完成的。如果窗口的左上角坐标是(x, y), 长宽分别是width和height，那么对应的四个视口分别是

viewport1 = {0, 0, width / 2, height / 2, 0.0f, 1.0f} ;
viewport2 = {width / 2, 0, width / 2, height / 2, 0.0f, 1.0f} ;
viewport3 = {0, height / 2, width / 2, height / 2, 0.0f, 1.0f} ;
viewport4 = {width / 2, height / 2, width / 2, height / 2, 0.0f, 1.0f} ;

设置视口并渲染

视口定义好以后，使用SetViewport函数进行设置，然后就可以绘制视口对应的场景了。由于一共需要设置四个视口，为了避免代码重复，这里设置一个Draw函数，用来绘制每个视口中的场景，该函数有两个参数，第一个是待绘制的视口，第二个是视口的背景颜色。每设置一个视口，就调用这个函数一次。

void Draw(D3DVIEWPORT9* viewport, DWORD color)
{
    g_pd3dDevice->SetViewport(viewport) ;
    g_pd3dDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, color, 1.0f, 0 );

    // Begin the scene
    if( SUCCEEDED( g_pd3dDevice->BeginScene() ) )
    {
        // Draw teapot
        g_pTeapotMesh->DrawSubset(0) ;

        // End the scene
        g_pd3dDevice->EndScene();
    }
}

在Draw函数内部，使用D3D函数SetViewport来设置viewport，设置完成以后要立即绘制该视口对应的场景，倘若一次性设置四个视口，然后在绘制每个视口对应的场景，那么后面的场景就会覆盖前面的，无法达到预期效果，所以正确的顺序是

设置视口1

绘制视口1的场景

设置视口2

绘制视口2的场景

设置视口3

绘制视口3的场景

设置视口4

绘制视口4的场景

而下面这样则是不对的

设置视口1

设置视口2

设置视口3

设置视口4

绘制视口1的场景

绘制视口2的场景

绘制视口3的场景

绘制视口4的场景

注意Present函数每个frame调用一次即可，而不是每次设置viewport都调用，那样的话屏幕会闪烁。为了分别从不同角度观察模型，可以为每个视口单独设置camera，分别对应前视图，左视图，顶视图及透视图。

1. 设置前视图

// Setup camera, front view
D3DXVECTOR3 eyePt(0.0f, 0.0f, -5.0f) ;
D3DXVECTOR3 lookAt(0.0f, 0.0f, 0.0f) ;
D3DXVECTOR3 upVec(0.0f, 1.0f, 0.0f) ;
SetupCamera(&eyePt, &lookAt, &upVec) ;
// Draw top-left viewport
D3DVIEWPORT9 viewport1 = {0, 0, vpWidth, vpHeight, 0.0f, 1.0f} ;
Draw(&viewport1, 0xffff0000) ;

2. 设置左视图

// Setup camera, left view
eyePt = D3DXVECTOR3(-5.0f, 0.0f, 0.0f) ;
SetupCamera(&eyePt, &lookAt, &upVec) ;

// Draw top-right viewport
D3DVIEWPORT9 viewport2 = {vpWidth, 0, vpWidth, vpHeight, 0.0f, 1.0f} ;
Draw(&viewport2, 0xff00ff00) ;

3. 设置顶视图

// Setup camera, top view
eyePt = D3DXVECTOR3(0.0f, 5.0f, 0.0f) ;
upVec = D3DXVECTOR3(0.0f, 0.0f, 1.0f) ;
SetupCamera(&eyePt, &lookAt, &upVec) ;

// Draw bottom-left viewport
D3DVIEWPORT9 viewport3 = {0, vpHeight, vpWidth, vpHeight, 0.0f, 1.0f} ;
Draw(&viewport3, 0xff0000ff) ;

4. 设置透视图

// Setup camera, perspective view
eyePt = D3DXVECTOR3(-3.0f, 3.0f, -3.0f) ;
upVec = D3DXVECTOR3(1.0f, 2.0f, 1.0f) ;
SetupCamera(&eyePt, &lookAt, &upVec) ;

// Draw bottom-right viewport
D3DVIEWPORT9 viewport4 = {vpWidth, vpHeight, vpWidth, vpHeight, 0.0f, 1.0f} ;
Draw(&viewport4, 0xffffff00) ;

渲染

// Present the back-buffer contents to the display
g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );

好了，看一下效果图