DirectX11 顶点着色器阶段

顶点着色器阶段

1. 顶点着色器阶段完成什么工作？

在完成图元装配后，顶点将被送往顶点着色器（vertex shader）阶段。顶点着色器可以被看成是一个以顶点作为输入输出数据的函数。每个将要绘制的顶点都会通过顶点着色器推送至硬件；实际上，我们可以概念性地认为在硬件上执行了如下代码：

for(UINT i = 0; i < numVertices; ++i)
outputVertex[i] = VertexShader(inputVertex[i]);

顶点着色器函数由我们自己编写，但是它会在GPU上运行，所以执行速度非常快。

许多效果，比如变换（transformation）、光照（lighting）和置换贴图映射（displacement mapping）都是由顶点着色器来实现的。记住，在顶点着色器中，我们不仅可以访问输入的顶点数据，也可以访问在内存中的纹理和其他数据，比如变换矩阵和场景灯光。

我们将会在本书中看到许多不同的顶点着色器示例；当读完本书时，读者会对顶点着色器的功能有一个全面的认识。不过，我们的第一个示例会比较简单，只是用顶点着色器实现顶点变换。在随后的小节中，我们将讲解各种常用的变换算法。

2. 观察空间

XNA库提供了如下函数，根据刚才描述的过程计算观察矩阵：

XMMATRIX XMMatrixLookAtLH( // Outputs resulting view matrix V
FXMVECTOR EyePosition,   // Input camera position Q
FXMVECTOR FocusPosition,   // Input target point T
FXMVECTOR UpDirection);  // Input world up vector j

通常，世界坐标系的y轴就是“向上”方向，所以“向上”向量j通常设为(0, 1,0)。举一个例子，假设摄像机相对于世界空间的位置为(5, 3, −10)，目标点为世界原点(0, 0,0)。我们可以使用如下代码创建观察矩阵：

XMVECTOR pos = XMVectorSet(5,3,-10,1.0f);
XMVECTOR target = XMVectorZero();
XMVECTOR up = XMVectorSet(0.0f,1.0f,0.0f,0.0f);
XMMATRIXV = XMMatrixLookAtLH(pos,target,up);

3. XMMatrixPerspectiveFovLH

透视投影矩阵可由如下XNA函数生成：

XMMATRIX XMMatrixPerspective FovLH(// returns projection matrix
FLOAT FovAngleY, // vertical field of view angle in radians
FLOAT AspectRatio, // aspect ratio =  width / height
FLOAT NearZ, // distance to near plane
FLOAT FarZ);  // distance to far plane

下面的代码片段示范了XMMatrixPerspectiveFovLH函数的使用方法。这里，我们将垂直视域角设为45°，近平面z设为1，远平面z设为1000（这些长度是在观察空间中的）。

XMMATRIX P = XMMatrixPerspectiveFovLH(0.25f*MathX::Pi,
AspectRatio(),1.0f,1000.0f);

横纵比要匹配窗口的横纵比：

float D3Dapp::AspectRatio() const
{
return static_cast<float>(mClientWidth)/mClientHeight;
}