（转）D3d9c的固定渲染管道（fixed function pipeline）与可编程管道（programmable function pipeline）的异同点

转自：http://blog.csdn.net/tspatial_thunder/article/details/5937701

现在的游戏图形部分越来多依靠GPU来渲染绘制。说起GPU先说着色器，着色器是可编程的（programmable），分为顶点着色器和像素着色器。着色器是一段运行在GPU上的程序，可以取代渲染的固定功能流水线中部分功能。

在D3d9c可以用固定管道渲染（fixed function pipeline），也可以用可编程的管道（programmable function pipeline）渲染。下面大概总结下各自对vertex的绘制流程。看看传统的渲染流程和利用可编程管道渲染的异同。

固定管道。

先来看看初始化部分，前5步基本是在构造函数中调用实现。

1: 定义其结构Struct{}

struct Vertex

{

D3DXVECTOR3 pos;

D3DXVECTOR3 normal0;

D3DXVECTOR3 normal1;

D3DXVECTOR3 normal2;

};

2:创建一组D3DVERTEXELEMENT9[]结构的元素描述上面定义的Struct{}，以在后面告诉Directx我们定义什么样的顶点结构。

· D3DVERTEXELEMENT9 decl[] =

· {

· {0,  0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0},

· {0, 12, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL,   0},

· {0, 24, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL,   1},

· {0, 36, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL,   2},

· D3DDECL_END()

· };

3：创建了D3DVERTEXELEMENT9[]后，我们便可以获取指向类IDirect3DVertexDeclaration9的指针，其是用表示D3DVERTEXELEMENT9[]结构的。我们通过下面的函数来依据D3DVERTEXELEMENT9[]获取指向IDirect3DVertexDeclaration9的指针。

HRESULT IDirect3DDevice9::CreateVertexDeclaration(

CONST D3DVERTEXELEMENT9* pVertexElements,

IDirect3DVertexDeclaration9** ppDecl)

例如：

IDirect3DVertexDeclaration9* d3dVertexDecl = 0;

HR(gd3dDevice->CreateVertexDeclaration(decl, &d3dVertexDecl));

4:  接下来我们为我们的顶点和顶点序号申请一片内存的存储空间

HRESULT IDirect3DDevice9::CreateVertexBuffer(

UINT Length,

DWORD Usage,

DWORD FVF,

D3DPOOL Pool

IDirectSDVertexBuffer9** ppVertexBuffer,

HANDLE* pSharedHandle);

HRESULT IDirect3DDevice9::CreateIndexBuffer(

UINT Length,

DWORD Usage,

D3DFORMAT Format,

D3DPOOL Pool,

IDirectSDIndexBuffer9** ppIndexBuffer,

HANDLE* pSharedHandle);

例如

IDirect3DVertexBuffer9* vb;

gd3dDevice->CreateVertexBuffer( 8 * sizeof( Vertex ), 0, 0,D3DPOOL_MANAGED, &vb, 0);

IDirect3DIndexBuffer9* ib;

gd3dDevice->CreateIndexBuffer(36 * sizeof( WORD ),D3DUSASE_DYNAMIC | D3DUSASE_WRITEONLY, D3DFMTJNDEX16,D3DPOOL_DEFAULT, &ib, 0);

5  再接着获取指向上面申请到的内存（空白）的指针，以对这片区域进行写操作。

HRESULT IDirect3DVertexBuffer9::Lock(

UINT OffsetToLock,

UINT SizeToLock,

BYTE** ppbData,

DWORD Flags);

HRESULT IDirect3DIndexBuffer9::Lock(

UINT OffsetToLock,

UINT SizeToLock,

BYTE** ppbData,

DWORD Flags);

例如

Vertex* vertices;

vb->Lock(0, 0, (void**)&vertices, 0);    // lock the entire buffer

Vertices[0] = Vertex(-1.0f, 0.0f, 2.0f); // write vertices to

vertices[1] = Vertex( 0.0f, 1.0f, 2.0f); // the buffer

vertices[2] = Vertex( 1.0f, 0.0f, 2.0f);

vb->Unlock(); // unlock when you're done accessing the buffer

下面几步则是每次系统更新的时候在DrawScene()中调用。

6：想调用Direct3D的draw** 函数了？快了。在之前，我们必须告诉Direct3D去哪里找到顶点和顶点序号的数据。Direct3D的draw**系列函数是从顶点流(vertex stream:a vertex stream is essentially an array of vertex component data)中获得顶点数据的。记得我们将我们的顶点放在vertex buffer中，所以为了能够画vertex buffer中的顶点，我们必须将vertex buffer与某个vertex stream联系上。这可以通过下面的函数实现

HRESULT IDirect3DDevice9::SetStreamSource(

UINT StreamNumber,

IDirect3DVertexBuffer9* pStreamData,

UINT OffsetInBytes,

UINT Stride);

例如，假定vb是指向一个已经用顶点类型为Vertex填好了的vertex buffer。那么我们可以通过下面的句子来将这段buffer与vertex stream联系起来。

HR(gd3dDevice->SetStreamSource(0, vb, 0, sizeof(Vertex)));

7：记得上面我们已经创建了顶点的Declaration来描述我们定义的顶点结构。那么最后我们要做的就是在Direct3D中给这个顶点类型注册，正式告之Direct3D如何处理我们定义的顶点。例如

// d3dVertexDecl is a pointer to an IDirect3DVertexDeclaration9 type

gd3dDevice->SetVertexDeclaration(d3dVertexDecl);

8：最后我们就可以调用Draw**（）来绘制各种图案了。当遇到不同物体需要不同的顶点时，我们就需要重新调用SetStreamSource（）,SetVertexDelaration()等来告之Direct3D。例如下面：

// Object 1 uses its own vertex buffer, index buffer, and

// vertex declaration

gd3dDevice->SetStreamSource( 0, vbl, 0, sizeof( Vertexl ) );

gd3dDevice->SetIndices(indexBufferl);

gdSdDevice->SetVertexDeclaration(decl1);

// DRAW OBJECT 1 HERE

gd3dDevice->DrawPrimitive(...);

// Object 2 uses its own vertex buffer, index buffer, and

// vertex declaration

gd3dDevice->SetStreamSource( 0, vb2, 0, sizeof( Vertex2 ) );

gd3dDevice->SetIndices(indexBuffer2);

gdSdDevice->SetVertexDeclaration(decl2);

// DRAW OBJECT 2 HERE

gd3dDevice->DrawPrimitive(...);

// Object 3 uses its own vertex buffer, index buffer, and

// vertex declaration

gd3dDevice->SetStreamSource( 0, vb3, 0, sizeof( Vertex3 ) );

gd3dDevice->SetIndices(indexBuffer3);

gdSdDevice->SetVertexDeclaration(decl3);

// DRAW OBJECT 3 HERE

gd3dDevice->DrawPrimitive(...);

可编程管道

可编程管道绘制顶点和固定管道大体上差不多。只是有三个主要的不同点。1:编写HLSL程序，自己制定渲染形式 。2：初始化时创建个与GPU交互的C++接口ID3DXEffect *，并利用ID3DXEffect来对GPU做一些初始化工作，比如建立HLSL中变量与C++中相关变量的联系。3：在最后一步drawScene()中通过ID3DXEffect *来调用HLSL的mhTech来进行绘制。

1：HLSL语言？好大的题目，具体自己找本教科书了。

下面直接贴代码举个简单例子。

uniform extern float4x4 gWVP;

struct OutputVS

{

float4 posH : POSITION0;

};

OutputVS TransformVS(float3 posL : POSITION0)

{

// Zero out our output.

OutputVS outVS = (OutputVS)0;

// Transform to homogeneous clip space.

outVS.posH = mul(float4(posL, 1.0f), gWVP);

// Done--return the output.

return outVS;

}

float4 TransformPS() : COLOR

{

return float4(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);

}

technique TransformTech

{

pass P0

{

// Specify the vertex and pixel shader associated with this pass.

vertexShader = compile vs_3_0 TransformVS();

pixelShader  = compile ps_3_0 TransformPS();

// Specify the render/device states associated with this pass.

FillMode = Wireframe;

}

}

2：在d3d9的实例的构造函数或者初始化的时候，我们可以通过调用D3DXCreateEffectFromFile()函数来创建与GPU联系的C++指针D3DXEffect *。

HRESULT  D3DXCreateEffectFromFile(

LPDIRECT3DDEVICE9 pDevice,

LPCSTR pSrcFile,

CONST D3DXMACRO* pDefines,

LPD3DXINCLUDE pInclude,

DWORD Flags,

LPD3DXEFFECTPOOL pPool,

LPD3DXEFFECT* ppEffect,

LPD3DXBUFFER *ppCompilationErrors

);

我们可以通过ID3DXEffect *来建立C++程序与HLSL程序的沟通桥梁。而这个桥梁就是变量D3DXHANDLE。

然后我们可以通过以下函数为HLSL每个变量在C++层面创建一个对应变量，即对一个HLSL变量X'建立一个在C++中的对应变量D3DXHANDLE mX。

D3DXHANDLE  ID3DXEffect::GetParameterByName(     D3DXHANDLE hParent, // scope of variable - parent structure     LPCSTR pName        // name of variable );

然后通过下面这个系列的函数来设置HLSL中对应hParameter的变量的值。

HRESULT ID3DXEffect::SetValue(     D3DXHANDLE hParameter,     LPCVOID pData,     UINT Bytes);

……

……

HLSL与C++沟通的实例：

// 1 ：C++中的变量

D3DXMATRIX M;

D3DXMatrixRotationY(&M, D3DX_PI);

D3DXVECTOR4 V(x, y, z, 1.0f);

// 2：为HLSL中的变量创建对应的在C++中的D3DXHANDLE系列的变量。 (assume "mtx" and "vec" are parameters // declared in .fx file).

D3DXHANDLE hMatrix = mFX->GetParameterByName(0, "mtx");

D3DXHANDLE hVec = mFX->GetParameterByName(0, "vec");

// 3：通过D3DXHANDLE把C++中的值赋给HLSL。

mFX->SetMatrix(hMatrix, &M);

mFX->SetVector(hVec, &V);

全部流程调用实例

void MeshDemo::buildFX()

{

// Create the FX from a .fx file.

ID3DXBuffer* errors = 0;

HR(D3DXCreateEffectFromFile(gd3dDevice, "transform.fx",

0, 0, D3DXSHADER_DEBUG, 0, &mFX, &errors));

if( errors )

MessageBox(0, (char*)errors->GetBufferPointer(), 0, 0);

// Obtain handles.

mhTech = mFX->GetTechniqueByName("TransformTech");

mhWVP  = mFX->GetParameterByName(0, "gWVP");

}

最后来比较下在固定管道下与在GPU可编程下的drawScene()函数（自己定义的在周期内调用所有绘图渲染相关函数）的不一样之处。注意黑色加粗的代码。

首先是固定的渲染管道：

void CubeDemo::drawScene()

{

// Clear the backbuffer and depth buffer.

HR(gd3dDevice->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, 0xffffffff, 1.0f, 0));

HR(gd3dDevice->BeginScene());

// Let Direct3D know the vertex buffer, index buffer and vertex

// declaration we are using.

HR(gd3dDevice->SetStreamSource(0, mVB, 0, sizeof(VertexPos)));

HR(gd3dDevice->SetIndices(mIB));

HR(gd3dDevice->SetVertexDeclaration(VertexPos::Decl));

// World matrix is identity.

D3DXMATRIX W;

D3DXMatrixIdentity(&W);

HR(gd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, &W));

HR(gd3dDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW, &mView));

HR(gd3dDevice->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &mProj));

HR(gd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_FILLMODE, D3DFILL_SOLID));

HR(gd3dDevice->DrawIndexedPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 0, 8, 0, 12));

mGfxStats->display();

HR(gd3dDevice->EndScene());

// Present the backbuffer.

HR(gd3dDevice->Present(0, 0, 0, 0));

}

再来是可编程管道

void MeshDemo::drawScene()

{

// Clear the backbuffer and depth buffer.

HR(gd3dDevice->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, 0xffffffff, 1.0f, 0));

HR(gd3dDevice->BeginScene());

// Let Direct3D know the vertex buffer, index buffer and vertex

// declaration we are using.

HR(gd3dDevice->SetStreamSource(0, mVB, 0, sizeof(VertexPos)));

HR(gd3dDevice->SetIndices(mIB));

HR(gd3dDevice->SetVertexDeclaration(VertexPos::Decl));

// Setup the rendering FX

HR(mFX->SetTechnique(mhTech));

// Begin passes.

UINT numPasses = 0;

HR(mFX->Begin(&numPasses, 0));

for(UINT i = 0; i < numPasses; ++i)

{

HR(mFX->BeginPass(i));

HR(mFX->SetMatrix(mhWVP, &(mView*mProj)));

HR(mFX->CommitChanges());

HR(gd3dDevice->DrawIndexedPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 0, mNumGridVertices, 0, mNumGridTriangles));

HR(mFX->EndPass());

}

HR(mFX->End());

mGfxStats->display();

HR(gd3dDevice->EndScene());

// Present the backbuffer.

HR(gd3dDevice->Present(0, 0, 0, 0));

}