Direct3D高程图立体显示

在微软的DirectX Sample Browser中，有个RaycastTerrain例子，做得很好，将一张平面的地形图，在底面添加了一个底部，四周的高度差再封闭起来，然后再添加一个浅蓝色的背景，平面图形的立体感很强，而且灯光和阴影的效果也做得很棒！

这个例子是基于C++的，这里模仿这个例子，给出一个基于C#的实现。思路也大致类似，找一张bmp格式的深度图，经过像素值的计算处理，生成Y轴方向的高度值，再经过纹理贴图，形成一个底部为空的三维立体图形。此时为了增强上述的立体效果，可以在底面添加一个底部，这里为了加快渲染的速度，底部做成一四边形，用两个三角形渲染，四边形的顶点可以参考bmp深度图的四个角的顶点坐标。对于底部的高度的选取，即Y轴方向的高度值的选取，可以选在bmp深度图Y最小坐标值或者Y最小坐标值的下方，所以需要计算出这个Y最小坐标值。因此定义如下函数，求bmp深度图Y最小坐标值：

public float GetMinHeight(string bitmapPath)
        {
            float minHeight = 65535.0f;
            Bitmap bitmap = new Bitmap(bitmapPath);
            xCount = (bitmap.Width - 1) / 2;
            yCount = (bitmap.Height - 1) / 2;
            cellWidth = bitmap.Width / xCount;
            cellHeight = bitmap.Height / yCount;
            for(int i=0;i<yCount+1;i++)
                for(int j=0;j<xCount+1;j++)
                {
                    Color color = bitmap.GetPixel((int)(j * cellWidth), (int)(i * cellHeight));
                    float height = float.Parse(color.R.ToString()) +
                    float.Parse(color.G.ToString()) + float.Parse(color.B.ToString());
                    height /= 10;
                    if (height < minHeight)
                        minHeight = height;
                }
            return minHeight;
        }

为了增加底部的显示效果，可以通过贴图来完成。为了增加实时渲染的效果，可以在OnCreateDevice中响应底部三角形顶点定义函数。底部2个三角形的顶点定义函数实现如下：

public void OnCreateBottomVertexBuffer(object sender,EventArgs e)
        {
            CustomVertex.PositionNormalTextured[] bottomVerts = (CustomVertex.PositionNormalTextured[])bottomVertexBuffer.Lock(0, 0);//绘制底面正方形的6个顶点
            string bitmapPath = @"F:\\workdir\\VC# Based DirectX\\height.BMP";
            float minHeight = GetMinHeight(bitmapPath);
            float xWidth = GetBitMapWidth(bitmapPath);
            float yHeight = GetBitMapHeight(bitmapPath);
            bottomVerts[0].Position = new Vector3(0.0f, minHeight-5.0f, 0.0f);
            bottomVerts[0].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[0].Tu = 0.0f;//顶点0纹理坐标Tu
            bottomVerts[0].Tv = 20.0f;//纹理图片沿Y轴方向重复贴图20次

            bottomVerts[1].Position = new Vector3(0.0f, minHeight - 5.0f, yHeight);
            bottomVerts[1].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[1].Tu = 0.0f;
            bottomVerts[1].Tv = 0.0f;

            bottomVerts[2].Position = new Vector3(xWidth, minHeight - 5.0f, yHeight);
            bottomVerts[2].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[2].Tu = 20.0f;
            bottomVerts[2].Tv = 0.0f;

            bottomVerts[3].Position = new Vector3(0.0f, minHeight - 5.0f, 0.0f);
            bottomVerts[3].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[3].Tu = 0.0f;
            bottomVerts[3].Tv = 20.0f;

            bottomVerts[4].Position = new Vector3(xWidth, minHeight - 5.0f, yHeight);
            bottomVerts[4].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[4].Tu = 20.0f;
            bottomVerts[4].Tv = 0.0f;

            bottomVerts[5].Position = new Vector3(xWidth, minHeight - 5.0f, 0.0f);
            bottomVerts[5].Normal = new Vector3(0, 0, -1);
            bottomVerts[5].Tu = 20.0f;
            bottomVerts[5].Tv = 20.0f;
            bottomVertexBuffer.Unlock();
        }

剩下的问题就是如何封闭底部的四面高度差，方法也很简单，可以一面一面地进行。以下图为例：

对于一张BMP格式的位图，将其划分为xCount*yCount个单元，每个单元的宽度为cellWidth，高度为cellHeight，则cellWidth=Width/xCount，cellHeight=Height/yCount。要想封住其四个边的高度差，以沿X轴方向的边缘高度差面为例，需要声明2(xCount+1)个顶点来记录相应的坐标值。其中xCount+1个点落在与X轴平行的那个边上，这些点都是Vector3类型的，这些点的Y坐标为底部平面的Y值，是一个定值，X坐标依次为每一个像素点单元所在的X坐标，Z坐标就是0。剩下的xCount+1个顶点则为X轴边缘高度差面与三维立体图的交点，即高度方向纵切图与上顶面的交点，该交点的Y坐标就是相应的像素点的高度值，X坐标依次为每一个像素点单元所在的X坐标，Z坐标也是0.其定义实现如下：

float minY = GetMinHeight(bitmapPath) - 5.0f;
            borderVertexBuffer1 = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored),
                2 * (xCount + 1),//四周的一个面封闭总共所需要的顶点的数目
                device,
                Usage.Dynamic | Usage.WriteOnly,
                CustomVertex.PositionColored.Format,
                Pool.Default);
            borderVertices1 = new CustomVertex.PositionColored[2 * (xCount + 1)];//定义顶点
            int k;
            for (k = 0; k < xCount + 1; k++)//X轴上的点的定义
            {
                borderVertices1[k].Position = new Vector3(k * cellWidth, minY, 0.0f);
                borderVertices1[k].Color = System.Drawing.Color.Aqua.ToArgb();
            }
            for (; k < 2 * (xCount + 1); k++)//高程图上的边界点的定义
            {
                Color color = bitmap.GetPixel((int)((k - xCount - 1) * cellWidth), 0);
                float height = float.Parse(color.R.ToString()) + float.Parse(color.G.ToString()) + float.Parse(color.B.ToString());
                height /= 10;
                borderVertices1[k].Position = new Vector3((k - xCount - 1) * cellWidth, height, 0);//i * cellHeight=0
                borderVertices1[k].Color = System.Drawing.Color.Aqua.ToArgb();
            }
            borderVertexBuffer1.SetData(borderVertices1, 0, LockFlags.None);

这2(xCount+1)个顶点可以形成xCount个小矩形，每个矩形可以分为2个小三角形，每个小三角形可以由3个顶点来绘制，为了加快绘制的速度，可以考虑用顶点索引来完成。声明一个顶点索引数组，其大小为2*3*xCount*1.这个顶点索引数组依次记录了要绘制的三角形的顶点的编号。如下图所示：

所以对于沿X轴方向的边缘高度差面的绘制就是如何绘制这些顶点三角形。其绘制顺序如下：

(V[0],V[1],V[xCount+1]), (V[1],V[xCount+1],V[xCount+2]),…,

(V[xCount],V[2*(xCount+1)-2],V[2*(xCount+1)-1])。

很有规律性，用一个for循环就可以搞定，其定义实现如下：

borderIndexBuffer1 = new IndexBuffer(typeof(int),
                6 * xCount * 1,
                device,
                Usage.WriteOnly,
                Pool.Default);
            borderIndices1 = new int[6 * xCount * 1];//初始化索引顶点

            for (int j = 0; j < xCount; j++)
            {
                borderIndices1[6 * (j)] = j;
                borderIndices1[6 * (j) + 1] = j + (xCount + 1);
                borderIndices1[6 * (j) + 2] = j + 1;
                borderIndices1[6 * (j) + 3] = j + 1;
                borderIndices1[6 * (j) + 4] = j + (xCount + 1);
                borderIndices1[6 * (j) + 5] = j + (xCount + 1) + 1;
            }
            borderIndexBuffer1.SetData(borderIndices1, 0, LockFlags.None);

渲染的时候直接调用DrawIndexedPrimitives即可。

/*第1个边界三角形*/
            device.SetStreamSource(0, borderVertexBuffer1, 0);
            device.VertexFormat = CustomVertex.PositionColored.Format;
            device.DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType.TriangleList, 0, 0, 2 * (xCount + 1), 0, borderIndices1.Length / 3);

同理其他3个边缘高度差面的绘制类似。下面贴上几张效果图：