[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。
　　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。
5 U7 I" l. i; {3 l' C2 D/ B　　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：
　　
　　•环枚举设备驱动器
　　•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。
　　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。
6 s% m: A) z7 n4 Q　　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。
  c6 R; _% O" B& u9 _& K　　
　　2、枚举设备驱动器
. c- T/ I6 `: t  M7 d　　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。
" N" V9 M% E: w& D9 e; |# b　　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：
! @3 m1 J0 @8 F+ B$ _　　
: x% V  M" U5 e: p　　LPDIRECTDRAW lpDD;
- Q! X  o2 Q6 k　　LPDIRECT3D lpD3D;
* p/ n8 U" J, A9 ~1 T+ B　　HRESULT rval;
　　
　　DirectDrawCreate (NULL, &lpDD, NULL);
　　rval = lpDD->lpVtbl->QueryInterface(lpDD, &IID_IDirect3D, (void**) &lpD3D);
　　
; C# j8 C% Z; H9 k7 C4 C9 N/ H　　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。
　　
* h: }9 z# k% Q0 t　　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。
- C4 \- }$ ~8 a4 p$ y8 z　　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。
　　
　　3.1 编译准备
, |) _, ~; q( _, {　　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：
　　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
3 ~+ z0 B, x! y+ V　　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
0 B. ]6 V1 Y  e1 M5 s　　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
/ `( B" Y5 e" F4 I　　
　　3.2 Direct3D保留模式样例的组织
　　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。
　　
/ }& e0 m( ]' D# {1 n* u　　3.3 RMMAIN.CPP做了些什么
　　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。
　　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：
　　
! I+ ?+ [- b" Q8 F. G　　typedef struct Defaultstag {
9 g1 X( H" Y3 z6 r) t5 ?8 a　　BOOL bNoTextures;
( V1 ]) e, v; B7 J4 s* z1 R　　BOOL bResizingDisabled;
　　BOOL bConstRenderQuality;
/ z% F0 O& ]& ]7 [' P　　char Name[50];
) |0 {3 Z% Z0 f; S　　} Defaults;
# a& b# X# @5 G　　
' k* u7 K: E, z& F8 V( a　　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。
. X1 G$ A' N! \/ Y　　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。
( b" r# Z( d+ B　　
　　3.4 UVIS.CPP做了些什么
, q* j' l  {2 d/ f　　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。
4 I" q7 F8 Z: A! `/ S, V# V+ J　　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。
9 Z4 c% C- Y& P8 n　　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。
* |# T8 @. F( l　　首先，看看在UVIS.CPP中定义的文件结构。
　　
　　typedef struct _Fire {
　　Flame flames[MAX_FLAMES];
+ A9 n, q! G0 o# G5 s6 t$ m　　LPDIRECT3DRMDEVICE dev;
: T# F4 F' R) u$ ?1 _8 c0 k: z　　LPDIRECT3DEXECUTEBUFFER eb;
　　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。
' E" H+ t2 z. \' Z  C8 D2 q　　
9 y7 a) i" C( y0 z　　Fire* fire;
　　fire = (Fire*)malloc(sizeof(Fire));
　　if (!fire)
0 l, p0 h2 O5 {. r1 b- v$ K　　goto ret_with_error;
　　memset(fire, 0, sizeof(Fire));
　　
　　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。
　　
% u4 t: Z( m3 q- l, X) A# M　　LPDIRECT3DRMUSERVISUAL uvis = NULL;
4 H& D. g# X: Z1 M" Y, X　　if (FAILED(lpD3DRM->CreateUserVisual(FireCallback, (void*) fire, &uvis)))
7 W' P. \. w# V+ h' ]3 {' m3 z　　goto ret_with_error;
　　The DestroyFire() callback will be called when the user visual needs to be destroyed:
& A, W. ^% E- r' \9 E* g　　if (FAILED(uvis->AddDestroyCallback(DestroyFire, (void*) fire)))
+ o: B8 E/ o  l" u　　goto ret_with_error;
　　
' p8 M  g1 I8 o" p　　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。
　　
2 u5 D$ s  m6 j+ B; j　　uvis = CreateFire();
　　if (!uvis)
/ }6 |1 S9 e2 q* N5 J, v3 f　　goto generic_error;
, P0 N  z& ^% l) f+ h* T$ {4 W; f* f. F　　if (FAILED(frame->AddVisual(uvis)))
　　goto generic_error;
! p0 H: w: i: L% \6 U$ q( S　　
) g* D: I4 D( z. G0 p5 L) a/ }7 S　　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。
5 G" p3 u  n$ P7 t8 R" B　　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：
　　
　　dev->GetDirect3DDevice(&lpD3DDev);
　　if (!lpD3DDev)
　　goto generic_error;
5 m, G) T& f$ U7 {: M7 y7 v- n; X　　if (FAILED(lpD3DDev->GetDirect3D(&lpD3D)))
# b% |) ~; E9 a) y　　goto generic_error;
% t8 d% Q& r. G8 w$ Y　　
8 d* h5 N# T1 q* g2 ~　　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。
; h: D9 k- @: k; I/ Z* J　　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。
6 ~/ U' _& o( I% z1 b0 P　　
　　4、结论
　　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。