D3D12渲染技术之地形和水

在这个案例中，我们为山和水场景添加纹理，第一个关键问题是我们在地上铺设草纹理，因为地网格是一个大的表面，如果我们简单地在其上拉伸纹理，那么使用较少的纹理像素将覆盖每个三角形。换句话说，表面没有足够的纹理分辨率；我们会得到放大的纹理，因此，我们在地网格上重复草纹理以获得更高的分辨率。第二个关键问题是我们使用时间函数模拟水波纹的滚动，这种增加的运动使水效果更佳。下图显示了演示的屏幕截图。
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网格纹理坐标生成

下图显示了xz平面中的m×n网格和归一化纹理空间域[0,1] 中的对应网格，从图中可以清楚地看出，xz平面中第i个网格顶点的纹理坐标是纹理空间中第i个网格顶点的坐标，第i个顶点的纹理空间坐标是：
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xz空间中网格顶点vij的纹理坐标由uv空间中的第i个网格顶点Tij给出。
因此，我们使用以下代码在GeometryGenerator :: CreateGrid方法中为网格生成纹理坐标：

GeometryGenerator::MeshData GeometryGenerator::CreateGrid(float width, float depth, uint32 m, uint32 n)
{
  MeshData meshData;
 
  uint32 vertexCount = m*n;
  uint32 faceCount  = (m-1)*(n-1)*2;
 
  float halfWidth = 0.5f*width;
  float halfDepth = 0.5f*depth;
 
  float dx = width / (n-1);
  float dz = depth / (m-1);
  float du = 1.0f / (n-1);
  float dv = 1.0f / (m-1);
 
  meshData.Vertices.resize(vertexCount);
  for(uint32 i = 0; i < m; ++i)
  {
    float z = halfDepth - i*dz;
    for(uint32 j = 0; j < n; ++j)
    {
      float x = -halfWidth + j*dx;
 
      meshData.Vertices[i*n+j].Position = XMFLOAT3(x, 0.0f, z);
      meshData.Vertices[i*n+j].Normal  = XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
      meshData.Vertices[i*n+j].TangentU = XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f);
 
      // Stretch texture over grid.
      meshData.Vertices[i*n+j].TexC.x = j*du;
      meshData.Vertices[i*n+j].TexC.y = i*dv;
       }
  }

纹理平铺

在地形网格上铺设草纹理，但到目前为止，我们计算的纹理坐标位于单位域[0,1] ；所以不会发生平铺。要平铺纹理，我们指定wrap地址模式，并使用纹理变换矩阵将纹理坐标缩放5倍。因此，纹理坐标被映射到域[0,5] ，以便纹理在平面网格表面上平铺5×5次：

void TexWavesApp::BuildRenderItems()
{
  auto gridRitem = std::make_unique<RenderItem>();
  gridRitem->World = MathHelper::Identity4x4();
  XMStoreFloat4x4(&gridRitem->TexTransform, 
    XMMatrixScaling(5.0f, 5.0f, 1.0f));
  …
}

纹理动画

要在水面上实现纹理滚动，我们将纹理平面中的纹理坐标转换为AnimateMaterials方法中的时间函数，该方法在每个更新周期调用。如果每帧的位移很小，则会产生平滑动画的错觉。我们使用wrap地址模式和无缝纹理，以便我们可以无缝地转换纹理空间平面周围的纹理坐标。以下代码显示了我们如何计算水纹理的偏移矢量，以及我们如何构建和设置水的纹理矩阵：

void TexWavesApp::AnimateMaterials(const GameTimer& gt)
{
   // Scroll the water material texture coordinates.
   auto waterMat = mMaterials["water"].get();
 
   float& tu = waterMat->MatTransform(3, 0);
   float& tv = waterMat->MatTransform(3, 1);
 
   tu += 0.1f * gt.DeltaTime();
   tv += 0.02f * gt.DeltaTime();
 
   if(tu >= 1.0f)
     tu -= 1.0f;
 
   if(tv >= 1.0f)
     tv -= 1.0f;
     waterMat->MatTransform(3, 0) = tu;
   waterMat->MatTransform(3, 1) = tv;
 
   // Material has changed, so need to update cbuffer.
   waterMat->NumFramesDirty = gNumFrameResources;
}

总结

1、纹理坐标用于定义纹理上的三角形，该三角形映射到3D三角形。
2、为游戏创建纹理的最流行的方法是让美术在Photoshop或其他图像编辑器中制作它们，然后将它们保存为图像文件，如BMP，DDS，TGA或PNG，然后游戏应用程序将加载时的图像数据加载到ID3D12Resource对象中，对于实时图形应用程序，DDS（DirectDraw表面格式）图像文件格式是首选，因为它支持GPU本身理解的各种图像格式；特别是，它支持可由GPU本机解压缩的压缩图像格式。
3、将传统图像格式转换为DDS格式有两种常用方法：使用导出到DDS的图像编辑器或使用名为texconv的Microsoft命令行工具。
4、我们可以使用CreateDDSTextureFromFile12函数从存储在磁盘上的图像文件创建纹理，该函数位于DVD上的Common / DDSTextureLoader.h / .cpp。
5、当我们放大表面并试图用几个纹理像素覆盖太多屏幕像素时，会发生放大，当我们缩小表面并且太多纹理像素正试图覆盖太少的屏幕像素时，会发生缩小， Mipmap和纹理过滤器是处理放大和缩小的技术。 GPU本身支持三种纹理过滤（按质量最低，质量最低，质量最高，最昂贵）：点，线性和各向异性过滤器。
6、寻址模式定义了Direct3D应该对[0,1]范围之外的纹理坐标做什么。例如，纹理应该是平铺，镜像等。
7、纹理坐标可以像其他点一样缩放，旋转和平移。通过每帧少量地逐渐变换纹理坐标，我们为纹理设置动画。

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