[收藏]混合使用Direct3D立即模式和保留模式

天云上人

  　　1、介绍
　　微软的Direct3D包括了两个截然不同的API。高级的保留模式提供了场景和对象管理服务以及构建几何引擎。低级的立即模式API提供了直接访问硬件并允许熟练的3D程序员执行自己的渲染和场景管理。这种方式在灵活性和执行性能方面都优于保留模式。
: |1 H, [( @0 d' k$ ~9 K8 A　　大多数关于Direct3D的资料都把这两种API分开讲解，许多人也以为它们是互不相关的。实际上，我们要指出，在一个程序中，你或许需要同时使用这两种API。
/ s2 c0 V* z. N1 ]: G　　在这篇文章中，讨论同时使用保留模式和立即模式API的两种情形：
　　
3 n5 i, B% B" T　　•环枚举设备驱动器
* J: ~6 w6 T1 H; }( m/ q" `# n　　•环在保留模式应用程序中作为用户可视对象使用执行缓冲
　　
　　枚举设备驱动器是一种直截了当的操作，比较简单。在保留模式应用程序中使用执行缓冲是这篇文章的重点。
; j  q) L' ?5 K! ~. y& k. \- X# w( Z3 ]　　本文假设你已经了解了Direct3D。本文不是Direct3D的概述或教程。本文讨论了Direct3D联机文档中没有讲到的问题。这也就是说，你最好先看看Direct3D的文档。
　　注意，在一般的词汇上讨论Direct3D时，通常使用Direct3D这个词代指整个的3D API，既包括保留模式又包括立即模式。但是，根据Drect3D代码的约定，使用D3D表示立即模式接口或变量，D3DRM表示保留模式接口或变量。由于这种约定，在讨论样例代码或专用接口的时候，Direct3D有时候指的是立即模式而不是整个的3D API集。本文试图划清界限，但你也要意识到，样例代码和注释中也许也会在两种意义下都用Direct3D这个词。
　　
1 u) `  h% ?5 m; A& ^& X  E3 t　　2、枚举设备驱动器
　　应用程序使用Direct3D，无论是立即模式还是保留模式，通常需要实时地在用户计算机上枚举可获得的（图形）驱动器。如果图像品质比渲染速度更重要的话，应用程序应该选择最高的位深（bit depth）和(或)分辨率。另一方面，如果需要高速渲染，应用程序会牺牲一些图像质量来换取性能。
　　保留模式没有单独包含一个枚举驱动器的方法。代替它的是，所有的Direct3D应用程序都使用IDirect3D::EnumDevices方法。DirectX SDK中的代码样例展示了如何使用这种方法。可以参看Direct3D帮助文件中的保留模式教程。使用这种方法枚举驱动器并不困难。我在只这里稍微说一下，读者可以参考DirectX联机文档获取全部的说明。
1 X: R4 q3 ^  v! Y7 L1 J　　当开发人员需要在保留模式应用程序中调用立即模式API的时候，最显而易见的问题是：“我如何得到一个指向立即模式Direct3D的指针”？这个很简单：因为Direct3D COM接口准备了一个指向DirectDraw的接口，你可以通过这个DirectDraw接口获得Direct3D指针（记住，这里的Direct3D意味着立即模式）。这个可以简单的分为两步：
- m! h$ E5 n- S' Y　　
　　LPDIRECTDRAW lpDD;
　　LPDIRECT3D lpD3D;
/ S/ d+ e9 N$ h- T9 h　　HRESULT rval;
( B' e) ?' W' O5 t- s　　
( b3 O" P# D# W: [. f* L  Z　　DirectDrawCreate (NULL, &lpDD, NULL);
　　rval = lpDD->lpVtbl->QueryInterface(lpDD, &IID_IDirect3D, (void**) &lpD3D);
　　
　　看到了吗？是不是很简单？现在我们已经有了一个指向Direct3D接口的指针，接下来，我们就可以轻松地调用IDirect3D::EnumDevices方法来枚举可获得的设备了。从现在开始，需要做的工作同立即模式应用程序一模一样：定义一个枚举回调例程，传递地址给IDirect3D::EnumDevices方法。回调函数将会被每一个系统上安装的驱动器调用。从而检查每个驱动器的特性来确定是否适合应用程序的需要。详细内容请参考具体的代码。
　　现在，该看看我们更感兴趣的另一个问题：混合使用Direct3D的两种模式。
2 z, _0 O5 D4 T+ Y  a7 c　　
　　3、在保留模式中使用执行缓冲
　　有的时候，应用程序可能想要使用执行缓冲（允许执行自己的变换、灯光或光栅等）。但同时还要使用保留模式中提供的更方便的API函数。这可以通过把执行缓冲看作是Direct3D中的可视对象来处理。
　　在SDK中，可以找到一个叫做UVIS（User VISual）的例子，这是一个“燃烧的火焰”，它演示了这种技术，我们就以此为例。如果你是那种喜欢自己读代码，自己完成一切的人，那可以不必看下面的内容。如果你喜欢看详细的解释，那么让我们一起来看看这段代码，并讨论其中的几个主要问题。
- t. u# a( `. z2 A( z& l　　
4 d% J. J* i$ n- e: {2 R8 }" w, i　　3.1 编译准备
% Y& G. y- Q1 w4 w6 ?: U! N　　如果你明白怎么编译DirectX程序，那么可以不必向下看。如果你以前从未编译过任何DirectX代码，那么看看下面的内容。我们使用微软的Visual C++ 5.0编译UVIS样例。假设你的DirectX所在的路径是C:\dxsdk\sdk，那么：
9 ?# d6 L" x2 h* B  F& j8 Q3 w3 w2 b　　1）创建一个新的的project workspace，在其中增加uvis.cpp、rmmain.cpp、rmerror.c三个文件
: t+ H+ l5 D" F$ `- E: d　　2）在Tools/Options/Directories中选Include files，加入DirectX头文件所在的路径，如：c:\dxsdk\sdk\include
　　3）在Tools/Options/Directories中选Library files加入DirectX库文件所在的路径，如：c:\dxsdk\sdk\lib
　　4）在Project/Settings/Link中的Object/Library Modules加入链接时需要的库：d3drm.lib、ddraw.lib、winmm.lib
7 a( m# J" C$ ], I　　
6 t. U" M$ f3 i6 d% x　　3.2 Direct3D保留模式样例的组织
* `4 j8 T% o- I" N4 \! E, b　　为了简化，在Direct3D SDK中所有保留模式样例共享一些通用代码。这使你能够把精力集中在核心代码上，而不必在通用的代码上浪费时间。保留模式通用代码包括两个文件：RMMAIN.CPP和RMERROR.C。
　　通用部分包括创建和管理标准Windows应用程序以及执行基本保留模式初始化和处理的代码。在下面的内容中，我们来看看UVIS的主要部分。我们不会详细的讨论每一个函数调用。我的目的不是解释保留模式或立即模式的用法，而是展示它们如何在一个应用程序中同时被使用。当然，我也希望这篇文章能让你迅速的理解如何把这些代码组织在一起。
  W5 q& A4 H! n+ X　　
& a% l( \% k5 b8 t8 W% M( Y2 c( H　　3.3 RMMAIN.CPP做了些什么
/ D. k. n9 \# ?5 [) Z0 H　　在RMMAIN.CPP中的代码形成了Direct3D保留模式应用程序的一般框架。最重要的部分包含在WinMain()函数中，在这个函数里，由两个主要的部分：应用程序安装和初始化阶段以及消息循环，实际的渲染就发生在这个阶段。
+ m, t( _. w: O) d, p( L( D# B　　应用程序安装和初始化。在InitApp()函数中，压缩了大部分的初始化代码。这个函数是最普通的。它先安装通常的窗口类，然后是初始化一些全局遍量。紧接着是调用OverrideDefaults()，这个函数通过填充如下结构定义了一些它自己的设置：
　　
1 @$ h- h1 y! ]; |0 K　　typedef struct Defaultstag {
　　BOOL bNoTextures;
　　BOOL bResizingDisabled;
　　BOOL bConstRenderQuality;
- W% v3 P# F; w4 d7 |' S6 T( e　　char Name[50];
/ x( h/ J2 K/ l/ G% p　　} Defaults;
% j$ v# E$ J% J5 }1 B　　
; |! L5 ^: i! _) g  {0 b" }) F　　下一个窗口以Windwos通常的风格创建，样例代码通过如下几步设置保留模式应用程序：枚举设备，创建主D3DRM对象，创建主要的场景和摄像机，设置渲染品质等等。在窗口能被看见之前，InitApp()调用UVIS.CPP 中的BuildScene()函数。这是最激动人心的地方。在这里我们要讨论一下样例代码究竟是如何工作的：既然应用程序被初始化了，下一步就是循环。
　　消息/渲染循环。一旦应用程序被初始化，WinMain()设置标准Windows消息循环。在这个循环中就包括了对RenderLoop()的调用。RenderLoop()在Direct3D保留模式例子中执行把对象渲染到屏幕上去的大部分工作。 RenderLoop()对三个不同的保留模式接口进行一系列四个调用。首先，它调用IDirect3DRMFrame::Move()对所有框架应用旋转和速度。然后调用IDirect3DRMViewport::Clear()清除当前的视口和设置背景颜色。下一步是调用IDirect3DRMViewport::Render()把当前场景渲染到当前视口上。最后IDirect3DRMDevice::Update()复制渲染的图像来显示。
( n# z1 l) }+ s. @& C  @　　通过IDirect3DRMViewport::Render()调用，所有的工作都实际上完成了。在这里，系统调用了场景中的每一个对象，通知对象渲染它自己。又及，这也是我们将要在下个部分看到的，我们在暗中通过立即模式把对象渲染到保留模式应用程序中。
　　
　　3.4 UVIS.CPP做了些什么
7 e: T3 T" _# Y/ l8 }$ m　　我们在这部分里讲到的虽然很简单，但却是保留模式应用程序的标准框架。现在我们来看看UVIS演示的技术（这也是本文的焦点）：在保留模式中使用用户可视对象的能力。
+ F3 P9 i' H5 ]; D0 h　　正如我们在RMMAIN.CPP看到的，InitApp()调用在UVIS.CPP中定义的BuildScene()函数。我们不是在保留模式应用程序中仅仅增加一堆保留模式对象，代替它的是在对象上增加了一个用户可视对象，代表执行缓冲和它的创建以及渲染例程。用户可视对象是一个简单的用户定义的可视对象，与其它的预定义的可视对象一样增加到场景中，而由开发人员提供创建和渲染例程。
! s4 S. D  j; {　　设置用户可视对象。BuildScene()从为场景创建一些灯光开始。然后调用CreateFire()，这个函数实际创建了在用户可视对象中用到的立即模式对象。让我们通过实际代码看看它是怎么做的。
　　首先，看看在UVIS.CPP中定义的文件结构。
　　
　　typedef struct _Fire {
! v$ N& x4 {$ |: b; u　　Flame flames[MAX_FLAMES];
, c+ q9 s# Y' B* T　　LPDIRECT3DRMDEVICE dev;
　　LPDIRECT3DEXECUTEBUFFER eb;
6 N" J6 X4 h/ |1 C* G9 e　　LPDIRECT3DMATERIAL mat;
　　} Fire;
　　
　　CreateFire()创建了一个文件结构，包含我们要创建的用户可视对象（带有几个火焰的火）的信息。文件结构包含每一个火焰的数据（包括火焰的位置、速度、生命期等）。指向保留模式设备，执行缓冲和材质。结构初始化为空。
3 T# I# P; l; E+ z+ i　　
　　Fire* fire;
　　fire = (Fire*)malloc(sizeof(Fire));
7 o$ [  x8 G! w# t3 W! Z8 z! |$ H　　if (!fire)
　　goto ret_with_error;
; p: x1 s9 G7 ?! A0 k; `+ r+ V8 S　　memset(fire, 0, sizeof(Fire));
　　
0 k, I8 }9 Y% z4 f　　IDirect3DRM::CreateUserVisual()函数创建一个用户可视对象，并传递会在uvis变量中这个对象的地址。同这个对象关联的是应用程序定义的数据（在本例中是Fire结构）和回调（在本例中是FireCallback()）。在系统想要应用程序渲染用户可视对象的时候这些被调用。
　　
　　LPDIRECT3DRMUSERVISUAL uvis = NULL;
& u8 a+ w- V) a# x3 z　　if (FAILED(lpD3DRM->CreateUserVisual(FireCallback, (void*) fire, &uvis)))
　　goto ret_with_error;
　　The DestroyFire() callback will be called when the user visual needs to be destroyed:
, K& c* S" p$ t# p3 k* E　　if (FAILED(uvis->AddDestroyCallback(DestroyFire, (void*) fire)))
* d" ~5 x* P4 m, G　　goto ret_with_error;
2 i+ j( c  r9 o7 z- m　　
　　在BuildScene()调用CreateFire()设置用户可视对象之后，就在场景中增加了这个对象。注意，下面的uvis变量是一个不同的变量，但和上面提到的uvis包含同一个值，这个值是CreateFire()函数返回的。
　　
　　uvis = CreateFire();
& b* K, g/ i1 w7 o: R( L　　if (!uvis)
2 J: Z; M5 {. c6 x$ r, m' h, C6 q　　goto generic_error;
$ w& Q! r+ R6 L( j& c　　if (FAILED(frame->AddVisual(uvis)))
$ z! Y0 A; D( m5 z+ i$ x　　goto generic_error;
　　
+ V# y- `0 @" k1 j/ v　　现在，用户可视对象已经被创建了。现在它仅仅是约束到场景中的一个空结构。当程序开始渲染循环的时候，系统尝试渲染场景中的每一个对象。当到达用户可视对象的时候，调用FireCallback()，而FireCallback()实际调用RenderFire()进行渲染的工作。
( G& B9 s( \" g$ o6 X% U; \　　渲染用户可视对象。每次渲染循环RenderFire()都要被调用。创建和维护“火焰”包括如下几步：首先是CreateFireObjects()，它只在渲染循环开始的第一次被调用。这个函数首先从Direct3DRM设备中得到一个指向Direct3D设备的指针，如下：
) s$ ^2 b/ k: ]; `" Z3 V! x　　
, @; y" W4 a  g　　dev->GetDirect3DDevice(&lpD3DDev);
: M) ]5 M9 T' ^9 k& i) H　　if (!lpD3DDev)
　　goto generic_error;
　　if (FAILED(lpD3DDev->GetDirect3D(&lpD3D)))
　　goto generic_error;
- u4 b6 @' v: D3 x9 S& q: C　　
) z/ ?0 U' w( p　　下一步，如同典型的立即模式应用程序做的那样，创建和填充执行缓冲：设置材质、灯光和明暗状态；创建三角形等等。
　　每次遍历渲染循环的时候，RenderFire()都要检查每一个火焰，看看它是否已经“燃尽”，不再有效（这也意味着预先设置的生命期结束了）。火焰“燃尽”的时候（或者火焰第一次生成的时候），InitFlame()被调用，它为火焰设置了生命期、速度和分配一个随机位置。下一步调用UpdateFlame()，根据当前时间为每个火焰更新位置和大小。
　　最后，设置RenderFire()更新火焰。它调用IDirect3DDevice::Execute()。这个函数实际处理执行缓冲并使它渲染到屏幕上。
　　
$ e/ C8 e* z: D& \% V　　4、结论
: A  Q$ r# W  f$ L- L& _　　使用立即模式通过用户可视对象创建应用程序的对象，你能够得到一个更完美的使用Direct3D保留模式的3D世界。记住：保留模式能够处理所有通用的对象，而立即模式能够渲染任何定制的对象或者得到你特别需要的结果。