d3d12龙书学习之MiniEngine的最小化实现（四） 光照shader的实现
文章目录
- 前言
- 修改MiniEngine的坐标转换
- d3d12book的光照shader
- 添加shapes对应的光照shader
- 最终结果
- 为什么结果比d3d12book的要亮
前言
光照的实现，主要是shader做的，C++代码层没添加多少东西。
理解了shader，看懂d3d12book的源码，shader直接拷进来，C++代码直接转过来就可以了。
难度主要是看懂shader。对于光照的计算，应该说我也没有深入学，仅仅是了解了一些概念，就像是很多数学公式我也不会推一样。正确理解自己的能力，做好能力范围内的事情，对于数学的提高，觉得可以稍微靠后放一放。主要还是学习d3d12的一些使用上的东西。
修改MiniEngine的坐标转换
在前边的学习过程中，就挺纠结的。因为在VS shader中mul函数的俩参数是反过来的。最初以为是MiniEngine做了什么奇怪的操作，后来发现不是。
这篇博客讲得很清楚，可以学习下。
https://www.cnblogs.com/X-Jun/p/9808727.html
我觉得 mul(点，矩阵) 更符合直觉，也更符合公式。
所以第八章第一步就是要在C++部分对传入的矩阵先做一次转置。
为了更好的贴合d3d12book的shader，也同样的把常量缓冲区改成3部分，只是槽有点区别。
先实现shapes这个例子，只需要两个常量缓冲区，一个放入模型转世界的矩阵，一个放入摄像机的世界转投影矩阵。
简易的修改如下：
- 修改根签名：
m_RootSignature.Reset(3, 0);m_RootSignature[0].InitAsConstantBuffer(0, D3D12_SHADER_VISIBILITY_VERTEX);m_RootSignature[1].InitAsConstantBuffer(1, D3D12_SHADER_VISIBILITY_ALL);
- 动态传入投影矩阵的转置矩阵
__declspec(align(16)) struct{Matrix4 viewProj; // 从世界坐标转为投影坐标的矩阵}passConstants;// https://www.cnblogs.com/X-Jun/p/9808727.html// C++代码端进行转置，HLSL中使用matrix(列矩阵)// mul函数让向量放在左边(行向量)，实际运算是(行向量 X 行矩阵) 然后行矩阵为了使用dp4运算发生了转置成了列矩阵passConstants.viewProj = Transpose(m_ViewProjMatrix);gfxContext.SetDynamicConstantBufferView(1, sizeof(passConstants), &passConstants);
- 修改模型的世界矩阵为转置矩阵
// boxitem.modelToWorld = Transpose(Matrix4(AffineTransform(Matrix3::MakeScale(2.0f, 2.0f, 2.0f), Vector3(0.0f, 0.5f, 0.0f))));item.indexCount = (UINT)box.Indices32.size();item.startIndex = boxIndexOffset;item.baseVertex = boxVertexOffset;item.diffuseAlbedo = XMFLOAT4(Colors::LightSteelBlue);item.fresnelR0 = XMFLOAT3(0.05f, 0.05f, 0.05f);item.roughness = 0.3f;m_vecShapes.push_back(item);....
- 修改vs shader中mul的参数顺序
本步骤的github代码地址：
https://github.com/mversace/DirectX12-MiniEngine-Dragon/tree/9ac87af5b5bab2da12f745a75936f6a45ca736b1
d3d12book的光照shader
对于光照，书中讲的已经很详细了。
在d3d12book项目中。LightingUtil.hlsl就是一个通用的计算光照的文件。
就是把书中讲的计算公式写成了shader。
而对于MiniEngine中呢，这一部分写的是比较复杂的，主要是牵扯的参数比较多，比如包含了纹理的参数。
本章内容纹理是没有的，只是提供了光照渲染需要的3个参数。
对于MiniEngine中的光照shader，将在学习纹理之后一次性加进去，到时候做个替换。
d3d12book的shader复杂就是计算光照的模块，这部分跳过，因为我也没背下来。我觉得暂时会用就可以了。
添加shapes对应的光照shader
我们直接把LightingUtil.hls放入我们工程，然后改写vs和ps文件
在vs文件中，传入的不再是颜色，而是当前顶点的法向量。传给ps多一个法向量参数
VertexOut vout = (VertexOut)0.0f;// 将定点转化为世界坐标系中的点float4 posW = mul(float4(vin.PosL, 1.0f), modelToWorld);vout.PosW = posW.xyz;// 将法向量转换成世界坐标系中的法向量vout.NormalW = mul(vin.NormalL, (float3x3)modelToWorld);// 点转化为投影坐标系中的点vout.PosH = mul(posW, gViewProj);return vout;
再来看下ps文件，ps文件中有一个常量缓冲区，也就是1槽的数据，这个每一帧都会写入的
不需要d3d12book中的那么多参数，只需要如下几个就好了
cbuffer cbPass : register(b1)
{float4x4 gViewProj; // 投影坐标系矩阵float3 gEyePosW; // 摄像机位置float cbPerObjectPad1; // 忘记删了，没啥用float4 gAmbientLight; // 环境光// Indices [0, NUM_DIR_LIGHTS) are directional lights;// indices [NUM_DIR_LIGHTS, NUM_DIR_LIGHTS+NUM_POINT_LIGHTS) are point lights;// indices [NUM_DIR_LIGHTS+NUM_POINT_LIGHTS, NUM_DIR_LIGHTS+NUM_POINT_LIGHT+NUM_SPOT_LIGHTS)// are spot lights for a maximum of MaxLights per object.Light gLights[MaxLights]; // 平行光源
};// 2槽放入纹理，不同的渲染物体会动态塞入不同的纹理
cbuffer cbMaterial : register(b2)
{float4 gDiffuseAlbedo; // 漫反射反射率float3 gFresnelR0; // 材质属性float gRoughness; // 粗糙度
};
main函数也是很简单的，因为复杂的光照计算都封装在LightingUtil.hls中了
// 法向量规范化pin.NormalW = normalize(pin.NormalW);// 当前点反射到眼睛的向量 float3 toEyeW = normalize(gEyePosW - pin.PosW);// 漫发射直接点积就可以float4 ambient = gAmbientLight * gDiffuseAlbedo;// 构造材质参数，计算光照结果。gLights是一个光照数组const float shininess = 1.0f - gRoughness;Material mat = { gDiffuseAlbedo, gFresnelR0, shininess };float3 shadowFactor = 1.0f;float4 directLight = ComputeLighting(gLights, mat, pin.PosW,pin.NormalW, toEyeW, shadowFactor);// 漫反射+其他光源，得出最后的颜色值float4 litColor = ambient + directLight;// Common convention to take alpha from diffuse material.litColor.a = gDiffuseAlbedo.a;return litColor;
最终结果
shapes git：
https://github.com/mversace/DirectX12-MiniEngine-Dragon/tree/b1fd81579267c8b8f657c62a90d8e4314fd174ec
land and waves git：
https://github.com/mversace/DirectX12-MiniEngine-Dragon/tree/032bc099f71261fed81c497406b864d39885979f
为什么结果比d3d12book的要亮
最初我看到，也是调了挺久。后来发现是MiniEngine自带了动态光照技术（HDR，LDR）。
可以直接把图象渲染到交换链中的缓冲区就可以了。
还有一个帧数问题。debug版本和release版本帧数差距极大，这点要注意。
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