发信人: chensumin()
整理人: nhyjq(2001-12-07 16:57:53), 站内信件
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找到的 Direct3D技术背景 的中文翻译
图形没法贴上来，就对照着MSDN看吧
下面的主题介绍的是一些在编写3D图形程序前必须了解的技术概念。在这些章节
中，你会看到一些关于坐标系统和变换的基本的论述。这不是结构细节（如建立
模型，灯光，观察参数）方面的问题。关于这些方面的问题，请参看D3D留存的结
构模式。
 3D坐标系统 3-D Coordinate Systems
 3D变换 3-D Transformations
 多边形 Polygons
 三角形带和三角形扇 Triangle Strips and Fans
 矢量、顶点和四元数 Vectors, Vertices, and Quaternions
 浮点的精度 Floating-Point Precision
 Z-Buffers and Overlays
1 3D坐标系统
在3D图形学中，笛卡儿坐标系统有两种形式：左手和右手。在这两种坐标中，x轴
的正向都指向右，y轴正方向指向上。在确定Z轴方向时，让你的左手或右手的手
指指向x轴正方向，向y轴正方向弯曲四指，这时，拇指的指向就是z轴的正方向。
这一部分描述的是D3D坐标系统以及坐标类型。
 1.1 D3D坐标系统 Direct3D Coordinate System
 1.2 U-、V-坐标系 U- and V-Coordinates
1.1 D3D坐标系统
缺省情况下，D3D使用左手坐标系统，也就是z轴的正方向远离观察者，如下面所
示：
在左手系统中，沿着指向观察者的轴进行的旋转为顺时针旋转。
如果需要使用右手坐标系统，只要改变传递给D3D的两个数据就可以了。
注：从DirectX 6.0开始，可以使用IDirect3DRM3::SetOptions来通知D3D保留模
式，我们要使用右手坐标系统的。如果使用IDirect3DRM3::SetOptions，就不需
要改变数据了。
DirectX 6.0以前的版本，在使用右手坐标时，需要改变传递给D3D保留模式的数
据。
 交换三角形顶点的次序，以使它从前面看是顺时针方向的。换句话说，
假如顶点顺序为V0,V1,V2，则以V0,V2,V1的顺序传递给D3D。
 在z方向上，用-1对投影矩阵进行缩放。也就是改变D3DMATRIX结构中的
_13、_23、_33和_43成员的正负号。
1.2 U-、V-坐标系
D3D也使用纹理坐标。当我们要将一个纹理映射到物体上时，就使用这些坐标（u
和v)。矢量v描述纹理的方向或取向，它沿z轴方向。矢量u（或向上矢量）沿着y
轴的方向放置，它的起点是[0，0，0]。关于u-、v-坐标的详细内容参看“扭曲”
部分。
2 3D变换
在3D图形程序中，我们可以使用几何变换来达到以下的目的：
 表示一个对象相对于另一个对象的位置。
 对物体进行旋转、剪切和缩放。
 改变观察的位置、方向和透视。
你可使一个4*4矩阵将一个点变化到另一个点。在下面的例子中，我们使用一个矩
阵点（x,y,z)变换到一个新的点(x',y',z')：
对已知点（x,y,z) 执行下面的操作，得到点(x',y',z')：
最常用的变换有平移、旋转和缩放。你可以将产生这些效果的矩阵进行组合，产
生一个单独的矩阵来一次进行几个变换。例如，我们用可以用一个矩阵同时来进
行平移和旋转变换。
矩阵可以用它的排行顺序来进行声明。如下面的矩阵可由一个数组来表示。
标是这个矩阵的数组如下所示：
D3DMATRIX scale = {
D3DVAL(s), 0, 0, 0,
0, D3DVAL(s), D3DVAL(t), 0,
0, 0, D3DVAL(s), D3DVAL(v),
0, 0, 0, D3DVAL(1)
};
这部分描述的是D3D中可以使用的3D变换。
 2.1 平移
 2.2 旋转
 2.3 缩放
文档中的其它部份也讨论了一些变换。在这些章节中你可找到在保留模式中用于
视口的一些变换的讨论。关于在框架中进行的变换，请参看“变换”部分。尽管
这些章节的每一部分讨论的都是保留模式API，但是变换中的体系结构和数学运算
对于保留模式与立即模式均适用。
2.1 平移
下面的变换是将点（x,y,z）平移到新的位置（x',y',z'）:
2.2 旋转
在这段中所描述的变换都是在左手坐标系中进行的，因此它们可能与你在其它地
方看到的变换矩阵有所不同。下面的点（x,y,z）沿着x轴进行旋转，变换得到新
的点（x',y',z'）:
下面的变换沿y轴进行旋转：
下面的变换沿z轴进行旋转：
注意，在这些例子的矩阵中，希腊字母theta代表旋转的角度，一般指弧度。角度
的测量是沿着旋转轴到原点的方向，按顺时针方向旋转得到的角度。
2.3 缩放
如下的缩放变换通过x，y，z方向的用任意值对点（x,y,z）进行缩放，得到新点
（x',y',z')：
3 多边形
Direct3D中的三维物体是由一系列的多面体组成的。每个多面体又由一系列的面
组成，并且每个面都由一个简单的多边形来描述。三角形是最基本的多边形。尽
管保留模式可以声明多于三个顶点的多边形，但是系统在物体渲染之前仍会将它
们转换成三角形。立即模式中必须使用三角形。
这一节中将讲述如何在程序中使用D3D的多边形。
 3.1 几何学上的要求 Geometry Requirements
 3.2 面和顶点法向量 Face and Vertex Normals
 3.3 明暗处理模式 Shade Modes
 3.4 对三角形的特性进行内插 Interpolated Triangle Characterist
ics
3.1 几何学上的要求
我们首选使用三角形是因为它总是凸形的，这是提出者所要求的设计多边形的两
个条件。如果多边形上的任意两个点的连线都在这个多边形的内部，那么这个多
边形就是凸形的。
三角形的三个顶点总能描述一个平面，但很容易增加一个顶点而使它变成一个非
平面的多边形。
3.2 面和法向量
多面体中的每个面都有一个与它正交的法向量，它的方向由顶点的顺序和所使用
的坐标系（右手和左手）决定。如果平面的法向量朝向观察者方向，那么平面得
这一面就是它的正面。在D3D中，只有平面的正面才是可见的，一个向前的面的顶
点是以顺时针方向来定义的。
D3D程序不需要声明面法向量；当它需要时，系统会自动计算。系统在平面明暗处
理模式中才使用法线。对于Phong和Gouraud明暗处理模式，以及光线控制和纹理
效果，系统使用的是顶点法向量。
3.3 明暗处理模式
在平面明暗处理模式中，系统复制穿过所有其它图元表面的顶点的颜色。在Gour
aud和 Phong明暗处理模式中，用顶点法向量来使由多边形组成的物体的表面看起
来比较光滑。在Gouraud明暗处理模式中，相邻顶点间的颜色和亮度要在分开它们
的空间中进行内插。在Phong明暗处理模式中，系统会为一个平面上的每个像素结
算最适合的明暗值。
注：目前还不支持Phong明暗处理模式。
大多数的应用程式都使用Gouraud模式，因为它能够使物体表面比较光滑，并且能
够提高运算的效率。但是Gouraud模式会错过一些Phong模式不会错过的细节。例
如，对于下图所示的一个聚光灯被完全包含在一个平面内的例子，使用Gouraud和
Phong模式就会截然产生不同的结果。
在这个例子中，Phong模式会计算每一个像素的值，并能显示出聚光灯。而在Gou
raud模式中，由于要在顶点间进行内插，因此它会完全忽略聚光灯；平面渲染的
结果将没有聚光灯的存在。
在平面处理模式中，下图所示的棱锥的两个相邻面会有比较明显的边缘；系统
将自动的产生面法向量。但是在Gouraud或Phong模式中，明暗值会穿过边缘进行
内插，这样，最后的结果就成了一个曲面。
如你想采用Gouraud或Phong模式来显示曲面，并且又想有一些有明显边缘的物体
，那么就要对需要显示边缘的面的交界处的顶点法向量进行复制，如下图所示：
如果在一个物体上既有曲面又有平面，那么使用Gouraud模式要比平面模式更具真
实感。在平面模式中，一个平面上的颜色是一样的，但Gouraud模式能使光线照在
平面上的效果更加真实。当有一个点光源位于一个平面的附近时，这种区别将会
更加明显。对大多数D3D程序来说，Gouraud模式是以较理想的模式。
3.4 对三角形的特性进行内插
系统在渲染一表面时，会对三角形顶点的特性进行内插。进行内插的三角形的特
性包括：
 颜色
 镜面属性
 雾化
 Alpha
所有三角形的内插特性都要根据当前的明暗处理模式来进行调整：
 平面明暗处理模式：不采用内插，而用三角形第一个顶点的颜色作为整
个平面的颜色。
 Gouraud模式：在所有三个顶点间进行线形内插。
 Phong模式：使用当前的灯光设置对表面上每个像素的顶点参数进行重
新估算。目前还不支持Phong模式。
根据不同的颜色模式，对内插颜色和镜面属性要进行不同的处理。在RGB颜色模式
中,系统使用红、绿、蓝三种颜色成分来进行内插。在单色模式中,系统只使用顶
点颜色的蓝色成分。
例如，如果顶点1的红色成分为0.8，顶点2的红色成分为0.4，那么在Gouraud模式
中，这两个顶点连线的中点的红色成分就会是0.6。
一个颜色的alpha成分是一个独立的内插特性，因为设备驱动器能用两种方法来执
行透明处理：使用纹理融合与使用点画法。
程序可以使用D3DPRIMCAPS结构的dwShadeCaps成员来决定当前设备驱动器所支持
的内插方式。
4 三角条带与三角形扇
我们可以使用三角形带和三角形扇来声明一个完整的表面，而不必提供每个三角
形的三个顶点。如下图所示，仅要七个顶点就可定义一个三角形带。
系统使用v1,v2,v3画出第一个三角形，再用v2,v4,v3画出第二个，v3,v4,v5画第
三个，v4,v6,v5画第四个，依此类推。注意：第二个和第四个三角形的顶点没按
次序排列。这是因为要保证所有的三角形都按顺时针定位。
三角形扇与一个三角形带相似，只是所有的三角形都共用一顶点。
系统用顶点v1,v2,v3决定第一个三角形；v3,v4,v1决定第二个三角形；v1,v4,v
5决定第三个三角形；依此类推。
你可使用D3DTRIANGLE结构中wFlags成员来声明建立三角形带和三角形扇的标志。
5 矢量、顶点和四元数
对于整个D3D来说，顶点可以用来描述位置和方向。一个图元中的每个顶点都由一
个矢量（描述它的位置），一个法向量（确定它的方向），纹理坐标和一个颜色
来进行描述。（在保留模式中，D3DRMVERTEX结构中包含上面这些值。）
四元数给定义了的一个矢量［x,y,z]增加一个元素。用它可以替换典型矩阵方法
来对物体进行3D旋转。一个四元数用来表示3D空间中的一个轴，并沿此轴来进行
旋转。例如，我们可以用四元数来代表轴(1,1,2)，并旋转1个弧度。四元数可以
携带重要的信息，但它们真正的作用来自于我们所执行的两个操作：合成（comp
osition）与内插.
对四元数执行合成运算就是将它们合并。两个四元数的合成如下所示：
两个四元数的合成应用于一个几何体，就是意味着“绕着轴axis2将几何体旋转角
度rotation2，然后再绕轴axis1旋转角度rotation1”。这样，Q所代表的旋转就
与将q2和q1应用于物体所得到的结果相同。
使用四元数内插，程序就可以很顺畅的从一个轴和取向过渡到另一个轴和取向。
因此，在q1、q2间进行内插就能简单的模拟从一个取向过渡到另一个取向的过程
。
当你同时使用合成与内插时，它们想你提供了一种简单操作几何体的方法。例如
，我们想要将一个几何体旋转到一个给定的方向。我们现在已知要先将它绕轴ax
is2旋转r2度，然后再沿轴axis1旋转r1度，但是，我们不知道最终的四元数。这
时，我们可以使用合成，将这两个旋转进行合并，这样就得到了一个最终的四元
数。然后，我们在起点与合成的四元数之间进行内插，从而得到了一个平滑的变
换。
D3D保留模式包含了一些函数来帮助我们使用四元数。例如，函数D3DRMQuaterFr
omRotation用来给定义了旋转轴的矢量增加一个旋转值，并将结果返回到一个由
D3DRMQUATERNION结构定义的四元数中。另外，D3DRMQuaternionMultiply函数用
来对四元数进行合成，D3DRMQuaternionSlerp函数用来在两个四元数之间执行球
面线形内插。
保留模式程序可以使用下面的函数来简化矢量和四元数操作：
 D3DRMQuaternionFromRotation
 D3DRMQuaternionMultiply
 D3DRMQuaternionSlerp
 D3DRMVectorAdd
 D3DRMVectorCrossProduct
 D3DRMVectorDotProduct
 D3DRMVectorModulus
 D3DRMVectorNormalize
 D3DRMVectorRandom
 D3DRMVectorReflect
 D3DRMVectorRotate
 D3DRMVectorScale
 D3DRMVectorSubtract
6 浮点精度
象同DirectX结构中的其它部分一样，D3D具有53字节的浮点精度。精度的设置在
FPU（floating-point unit）中的浮点控制字注册中进行。如你的程序为了某些
计算需要改变精度，那么在计算完成后，必须将精度改回到53。否则，系统将会
停止工作。
7 Z-Buffers与覆盖（overlay）
z-buffer中的顺序决定了对象相互覆盖的顺序。覆盖被假定为位于所有屏幕成分
的最顶层。如果覆盖没有一个明确的z值顺序，那么当我们对图元表面的同一区域
进行覆盖处理时，得到的结果将会难以预料。如果没有z-buffer，那么D3D保留模
式不会对覆盖层次进行选择。没有声明z值顺序的覆盖将会被假定为它的z-order
为0，并且会按照这个顺序来进行渲染。允许的覆盖的z-order的范围从0（它刚好
位于图元表面的最顶端）到40亿（尽可能接近观察者）。z-order为2的覆盖要比
z-order为1的覆盖模糊一些。没有两种overlays有相同的z-order。
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