موضوع : مباحث تکميلي نورپردازي در Direct3D

[king75]

در بخش اول آموزش Direct3D با مباني نورپردازي آشنا شديد . در اين درس قصد دارم آن مباحث را کاملتر برايتان مطرح کنم .

نورپردازي يکي از بخشهاي مهم طراحي يک بازي و يا يک انيميشن سه بعدي است . بمنظور پياده سازي نورپردازي يک صحنه ابتدا بايد با تئوري آن آشنا شويد .

تئوري نورپردازي : نورپردازي در Direct3D تخميني از چگونگي عملکرد نور در دنياي واقعي مي باشد . چهار نوع اصلي نور در Direct3D قابل استفاده است ( همچنين شما مي توانيد خودتان انواع جديدي از نور ايجاد کنيد که موضوع ما نيست ) :

۱ - Point Light : توسط يک نقطه در فضاي سه بعدي ايجاد مي شود و داراي سه پارامتر رنگ ، دامنه و تضعيف مي باشد . دامنه يک نور مسافتي است که نور مي تواند طي کند . تضعيف ، مقدار کاهش نور در اثر افزايش مسافت مي باشد . نور نقطه اي در تمام جهات تششع مي کند - شبيه يک لامپ حبابي و يا يک شمع

۲ - Spot Light : داراي يک موقعيت و يک جهت است و تنها نور را در يک جهت خاص مي تاباند - شبيه يک چراغ قوه . اين نور داراي يک زاويه مخروطي و يک دامنه است .

۳ - Directional Light : داراي موقعيت نيست و براي پياده سازي نورهايي که از فاصله بسيار دور مي آيند - مثل خورشيد - مناسب است .

۴ - Ambient Light : اين نور تضمين مي کند که تمام vertex هاي يک صحنه تاريکتر از يک رنگ خاص نباشند .

عملي کردن نورپردازي : ضمن اينکه اغلب کارت هاي گرافيک سه بعدي از نورپردازي پشتيباني مي کنند اما اين نکته بايد مورد توجه قرار گيرد که با افزايش تعداد نور در يک صحنه محاسبات Direct3D بيشتر مي شود و اين باعث کند شدن رندر صحنه خواهد شد و بنابراين کارت هاي گرافيکي سه بعدي نيز داراي يک ماکزيمم تعداد نور هستند - مثلاً ۱۶ نور در GeForce 2 - همچنين توجه داشته باشيد که نورهاي مختلف داراي زمان پردازشي متفاوتي هستند . نور ambient سريعترين زمان پردازشي را دارد ، سپس نورdirectional ، سپس نور point و کندترين آنها Spot Light است .

همچنين نکته ديگري که بايد توجه کنيد دامنه نور است . اگر نور ، يک منطقه بزرگي را پوشش دهد بر تعداد زيادي از vertex ها تاثير مي گذارد و اين باعث افزايش محاسبات مي شود .

نورپردازي Specular - که در درسهاي بعدي در مورد آن صحبت مي کنم و براي ايجاد اشيا درخشان استفاده مي شود - نيز زمان پردازشي زيادي دارد و بهتر است کمتر از آن استفاده شود .

پارامتر ديگري که بايد در نظر بگيريد جزئيات هندسه شما مي باشد . هر چه پيچيدگي صحنه بيشتر باشد ، نورپردازي نيز زمان بيشتري را مصرف مي کند .

سايه زني نيز يک بخش بسيار پيچيده در مدل سازي نور است و محاسبات آن بسيار زمان گير خواهد بود بنابراين Direct3D مستقيماً محاسبات سايه زني را انجام نمي دهد بلکه رنگ نور را بر مبناي جهت هر مثلث scale مي کند بنابراين قسمت پشتي يک شي که رو به نور نيست ، هيچ نوري را دريافت نمي کند .

بردار نرمال : Direct3D هر vertex را بر مبناي بک بردار نرمال نورپردازي مي کند و نوري که يک vertex دريافت مي کند به زاويه بين نور و بردار نرمال آن vertex بستگي دارد . بردار نرمال توسط سه vertex يک face مثلثي ايجاد مي شود و اين بردار نرمال ساخته شده به vertex ها اختصاص مي يابد . بردار نرمال در واقع سمت يک مثلث را مشخص مي کند بنابراين اگر نور پشت مثلث باشد ، مثلث هيچ نوري را دريافت نميکند . بردار نرمال بايستي داراي طول ۱ باشد .

مراحل توليد بردار نرمال يک face مثلثي :

۱ - مطمئن شويد که face در جهت عقربه هاي ساعت ساخته شده است .

۲ - يک بردار از vertex شماره صفر به vertex شماره يک بسازيد .

۳ - يک بردار از vertex شماره صفر به vertex شماره دو بسازيد .

۴ - حاصلضرب برداري ( cross droduct ) اين دو بردار را بدست آوريد .

۵ - نتيجه حاصلضرب را نرمال کنيد .

Private Function GenerateTriangleNormals(p0 As UnlitVertex, p1 As UnlitVertex, p2 As UnlitVertex) As D3DVECTOR

Dim v01 As D3DVECTOR

Dim v02 As D3DVECTOR

Dim vNorm As D3DVECTOR

D3DXVec3Subtract v01, MakeVector(p1.X, p1.Y, p1.Z), MakeVector(p0.X, p0.Y, p0.Z)x

D3DXVec3Subtract v02, MakeVector(p2.X, p2.Y, p2.Z), MakeVector(p0.X, p0.Y, p0.Z)x

D3DXVec3Cross vNorm, v01, v02

D3DXVec3Normalize vNorm, vNorm

GenerateTriangleNormals.X = vNorm.X

GenerateTriangleNormals.Y = vNorm.Y

GenerateTriangleNormals.Z = vNorm.Z

End Function

اگر دو face در يک vertex مشترک باشند ( مثل گوشه دو ديوار ) براي توليد نرمال اين vertex ابتدا نرمال دو face را با روش فوق بدست آوريد سپس دو بردار نرمال را با هم جمع کنيد و در پايان بردار حاصلجمع را نرمال کنيد .

برپاسازي نورپردازي : اولين چيزي که قبل از برپاسازي نورپردازي بايستي اعمال کنيم تغيير ساختار vertex است . براي اينکار بايد پارامتر color را از ساختار vertex حذف و سه پارامتر را براي نگهداري نرمال اضافه کنيم :

Private Type UnlitVertex

X As Single

Y As Single

Z As Single

nx As Single

ny As Single

nz As Single

tu As Single

tv As Single

End Type

Const Unlit_FVF = (D3DFVF_XYZ Or D3DFVF_NORMAL Or D3DFVF_TEX1)x

همچنين بايد براي تمام vertex هاي شي خود بردار نرمال را محاسبه کنيد براي مثال اگر شي شما يک مکعب است براي هر ۱۲ face آن بردار نرمال را بدست آوريد . در زير من کد لازم براي ساخت نرمال يکي از اين face ها را نوشته ام :

Cube2(0) = CreateVertex(-1, -1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)x

Cube2(1) = CreateVertex(1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1)x

Cube2(2) = CreateVertex(-1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1)x

vN = GenerateTriangleNormals(Cube2(0), Cube2(1), Cube2(2))x

Cube2(0).nx = vN.X: Cube2(0).ny = vN.Y: Cube2(0).nz = vN.Z

Cube2(1).nx = vN.X: Cube2(1).ny = vN.Y: Cube2(1).nz = vN.Z

Cube2(2).nx = vN.X: Cube2(2).ny = vN.Y: Cube2(2).nz = vN.Z

براي برپا سازي نور ابتدا بايستي يک material به device خود اضافه کنيد :

Dim Mtrl As D3DMATERIAL8, Col As D3DCOLORVALUE

Col.a = 1: Col.r = 1: Col.g = 1: Col.b = 1

Mtrl.Ambient = Col

Mtrl.diffuse = Col

D3DDevice.SetMaterial Mtrl

سپس بايستي طوري device خود را تنظيم کنيد که نور شما را بشناسد - lights يک شي از نوع D3DLight8 است - يکبار که اين خط را بنويسيد مي توانيد از نور استفاده کنيد اما اگر خصوصيات نور را تغيير دهيد بايستي دوباره اين دستور را فراخواني کنيد :

D3DDevice.SetLight 0, Lights

حال بايد نور را روشن کنيد :

D3DDevice.LightEnable 0, 1

و در پايان بايد به Direct3D بگوئيد که نورپردازي را براي شما انجام دهد :

D3DDevice.SetRenderState D3DRS_LIGHTING, 1