DirectX之三——渲染管线与坐标系(Direct3D9)

最新推荐文章于 2025-07-13 11:41:13 发布

litsun

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分类专栏： DirectX c++

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本文详细介绍了Direct3D9的渲染管线流程，包括局部坐标系、世界坐标系、观察坐标系、投影变换等关键步骤，并解释了背面消隐、光照、裁剪和平面视口变换的概念。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

DirectX之三——渲染管线与坐标系(Direct3D9)

Direct3D渲染管线

使用Direct3D绘制模型是需要经过一个流程的，这个流程就被称为渲染管线或绘制流水线，渲染管线可分为下列几个流程：
这里写图片描述
另外需要注意的是：Direct3D采用的是左手坐标系，如下图所示：

局部坐标系

局部坐标就是表示单个模型所需要的坐标，一般以模型的中心来作为局部坐标系的原点。而模型一般存储的是模型的顶点，不过顶点格式有的有法线，有的有纹理左边，Direct3D使用灵活顶点格式来表示顶点，如：

struct Vertex
{
    Vertex(){}
    Vertex(float x, float y, float z){
        _x = x; _y = y; _z = z;
    }
    float _x, _y, _z;
    static const DWORD FVF;
};
const DWORD Vertex::FVF = D3DFVF_XYZ;

这里只使用了顶点，FVF代表顶点的表示形式，具体可选参数可参考MSDN

世界坐标系

世界坐标实际就是模型在世界坐标系中的位置，在有多个模型的情况下，必须要有一个统一的坐标系才能表示各模型之间的相对位置，这个坐标系就是世界坐标系。局部坐标转化为世界坐标可通过一下函数完成：

D3DXMATRIX worldMatrix;
D3DXMatrixTranslation(&worldMatrix, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
Device->SetTransform(D3DTS_WORLD, &worldMatrix);

这里worldMarix是一个D3DXMATRIX类型的矩阵对象。D3DXMatrixTranslation是平移变换函数，类似的还有旋转函数、缩放函数，这里给个列表：

D3DXMATRIX *D3DXMatrixRotationX(D3DXMATRIX* pOut, FLOAT Angle);
D3DXMATRIX *D3DXMatrixRotationY(D3DXMATRIX* pOut, FLOAT Angle);
D3DXMATRIX *D3DXMatrixRotationZ(D3DXMATRIX* pOut, FLOAT Angle);
D3DXMATRIX *D3DXMatrixScaling( D3DXMATRIX* pOut, FLOAT sx, FLOAT sy, FLOAT sz);

观察坐标系

观察坐标系可以说是指以相机为原点的世界坐标系，其实就是将相机变换到世界原点处，并朝向Z轴正方向。因为我们最终看到的图像都是透过相机来计算的，所以将相机至于原点便于后续计算。设置过程如下：

D3DXVECTOR3 position( 0.0f, 0.0f, -5.0f );
D3DXVECTOR3 target( 0.0f, 0.0f, 0.0f );
D3DXVECTOR3 up(0.0f, 1.0f, 0.0f );

D3DXMATRIX  V;
D3DXMatrixLookAtLH(&V, &position, &target, &up);
Device->SetTransform(D3DTS_VIEW, &V);

背面消隐

由于一个多边形有两个侧面，一个称之为正面，一个称之为背面，背面消隐就是消除背面朝向相机的多边形。默认状态下，Direct3D认为顶点顺时针排列的多边形为正面朝向相机（观察坐标系）。可以通过Device->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, Value);来控制背面消隐。Value取值如下：

DDCULL_NONE 禁用背面消隐；
DDCULL_CW 只对顺时针绕序的三角形进行消隐；
D3DCULL_CCW 默认值，只对逆时针绕序的三角形进行消隐；

光照跟裁剪

光照就是根据光源来计算表面颜色，详细的先不谈了。相机模拟的是人眼，只能看到一个锥形范围内的物体，这个锥成为视角锥，而裁剪就是将相机所不能看到的物体裁剪掉。

投影

投影就是将视角锥内物体坐标转化为二维平面上的坐标；过程如下：

D3DXMATRIX proj;
D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&proj, D3DX_PI * 0.5f, float(screenWidth) / screenHeight, 1.0f, 1000.0f);
Device->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &proj);

变换后得到的坐标(x,y)的范围为(-1~1,-1~1)，此过程还能得到深度缓存，实际就是z缓存，其范围为(0~1)。

视口变换

视口变换就是将投影过后的二维左边转化为屏幕上的实际坐标。这里的屏幕坐标是指相对于当前窗口的像素坐标。过程如下：

D3DVIEWPORT9 vp = {0, 0, screenWidth, screenHeight, 0, 1};
Device->SetViewport(&vp);

最后的参数0，1是深度的限制范围，0~1表示将视锥体内的所有物体都显示出来。

光栅化

所谓的光栅化就是将一个多边形光栅化为一个一个像素，只有这样才能将屏幕上的像素争取着色。这一步只需了解即可。

注意！！！

这里列一些细节上容易出错的地方：

Direct3D是以[1,4]或[1,3]的行向量来存储点坐标的，这意味着，顶点变换是通过行向量变换矩阵来完成的。假如有两个变换矩阵，按照先后的顺序，应该是preMatrix nextMatrix;
视口坐标系中，是以窗口的左上角为原点(0,0)，横轴为x轴，向右为正；纵轴为y轴，向下为正；
假如有顶点格式中使用了纹理坐标，则纹理的左上角为原点(0,0)，右下角(1,1)，横轴为x轴，纵轴为y轴。