平面陰影技術 DirectX例子 圖形學2

平面陰影雖然不能滿足所有的陰影要求，但是如果是相對簡單的場景的話，用平面陰影也是個不錯的選擇，它的優點是速度快，并不需占用多少運算時間。

步驟如下：

1. 定位需要渲染陰影的物體，和陰影所在平面

2. 計算出平面上陰影的物體定點，定義一定透明度，如50%透明度

3. 渲染

一、首先解決問題是如何計算

方法就是利用向量代數和空間解析幾何的知識，知道了光照的方向向量，物體定點，和平面位置，就可以計算了。這裡就不給出具體的計算了，基礎不好的惡補下，這裡主要講圖形學的技術，而且大多數的API，如DirectX和OpenGL都有現場的API去自動計算，記得目的就是為了定義出在平面上的陰影的定點。圖形學中一般的做法就是先計算出這個轉變向量，然後利用這個轉變向量，把原物體轉換成陰影物體，就可以把陰影渲染在平面上了。

而在DirectX中就是可以調用現成的API生成所需要的矩陣：

D3DXMATRIX *D3DXMatrixShadow(
    D3DXMATRIX *pOut,              //我們所需要的矩陣
    CONST D3DXVECTOR4 *pLight,     // 光源
    CONST D3DXPLANE *pPlane        // 陰影所在的平面
);
           

利用Stencil 緩沖技術來防止多重Blending

我們畫陰影需要再一個平面上畫的，但是原圖形是立體的，那麼會發生多個幾何圖形重疊的情況，比如一個物體的正反面重疊子一起，那麼通過多次畫圖就會使得陰影物體更加黑。為了得到正确明暗程度的陰影就要用到Stencil技術了。當然如果不用也可以畫出來，不過就是陰影部分更加黑罷了。

具體做法就是：我們把陰影部分标記到stencil buffer中，然後如果第二次再次寫像素到同樣的陰影部分的時候就拒絕寫入，也就是stencil test會失敗。（當然程式還是正常運作的）。這樣的話，我們就隻畫了一次陰影部分。

Direct3D代碼示例：

1.參數設定

gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, true);//開啟Stencil buffer
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILFUNC, D3DCMP_EQUAL);//設定stencil測試函數為等于函數
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILREF, 0x0);//設定ref的值為0
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILMASK, 0xffffffff);//Mask蒙蔽層的值為1
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILWRITEMASK, 0xffffffff);//寫入蒙蔽層也為1
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILZFAIL, D3DSTENCILOP_KEEP);//stencil測試失敗則保持原有的顔色
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILFAIL, D3DSTENCILOP_KEEP);
HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILPASS, D3DSTENCILOP_INCR);//這要設定，已經寫入一次的像素位置就不能再次寫入其他像素了
           

2. 計算和定位陰影

// Position shadow.
D3DXVECTOR4 lightDirection(0.577f, -0.577f, 0.577f, 0.0f);
D3DXPLANE groundPlane(0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f);

D3DXMATRIX S;
D3DXMatrixShadow(&S, &lightDirection, &groundPlane);//這裡得出陰影的轉換矩陣

// Offset the shadow up slightly so that there is no
// z-fighting with the shadow and ground.
D3DXMATRIX eps;
D3DXMatrixTranslation(&eps, 0.0f, 0.001f, 0.0f);//這裡是Z-fighting技術，簡單的來說就是當兩個物體（這裡是指陰影和平面）的深度測試（depth testing）發生重複的時候，就可能會出問題，例如像素會閃爍，這個時候，可以稍微把其中一個物體（這裡是陰影）的位置移一點點。但是據我的實驗可知，問題不會很大，還是可以正常顯示的，無閃爍，不過為了安全起見，那麼移動一下吧。
// Save the original teapot world matrix.
D3DXMATRIX oldTeapotWorld = mTeapotWorld;

// Add shadow projection transform.
mTeapotWorld = mTeapotWorld * S * eps;//這裡進行正式轉換
 
           

3. 最後我們設定顔色，黑色，透明度50%，然後恢複原來的參數設定：

// Alpha blend the shadow.
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, true);//開啟Alpha blending
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA));
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA);

drawTeapot();//這裡是畫一個茶壺

// Restore settings.
mTeapotWorld = oldTeapotWorld;
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, false);
gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, false);
           

總結：

這裡是平面陰影技術，如果要做複雜的陰影的話，比如水面上的，和亂石中的陰影那就要用更加深的技術了，需要更多的知識，後續在繼續貼出來吧。

Reference：

Introduction to 3D Game Programming with DirectX9.0C Shader Approach (DirectX 的 龍書 封面是條紅龍的）