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            original address: http://www.aougu.net/html/70/n-1170.html 

            寫過Direct3D程序的朋友們可能還記得,在以往,大家常為如何表現(xiàn)更多真實(shí)的材質(zhì)(如玻璃、金屬等)而發(fā)愁。最新的Direct3D中,HLSL把程序員從復(fù)雜的Shader指令集中解放出來,著力于更重要的算法。
            首先,什么是Shader&什么是HLSL?

            簡(jiǎn)要地說,Shader就是一種腳本程序,相對(duì)獨(dú)立于D3D主程序,并且被編譯成顯卡的GPU指令序列在顯示芯片上跑。(你肯定想知道更多,比如這種程序用什么來寫,都要寫什么,怎么讓GPU跑這種程序等等,別著急慢慢來),這里有必要先了解一下:
            AGP顯卡的渲染流程:

            首先來根據(jù)下面這張圖粗略說明一下當(dāng)前最普遍流行的AGP顯卡的渲染流程,甭管是nVidia還是ATI哪一邊的。

            每次渲染過程(例如,在一幀畫面中畫一個(gè)饅頭的過程)都包括頂點(diǎn)處理(Vertex Processing)和像素處理(Pixel Processing)兩個(gè)主要功能模塊的執(zhí)行。首先,顯卡從AGP總線接收這個(gè)饅頭的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括位置、法線、貼圖坐標(biāo)(如果是面包可能更需要貼圖,也就是說貼圖坐標(biāo)不是必需的)等等,這些都是未經(jīng)過任何變換,也就是在物體本地空間(Object Space)下的原始坐標(biāo)。每個(gè)頂點(diǎn)依次被送入頂點(diǎn)處理單元,在這里進(jìn)行坐標(biāo)變換、光照計(jì)算(如果是每頂點(diǎn)光照)等工作,變換的結(jié)果是把每個(gè)三角形變換置屏幕空間(Screen Space)下直接可用。這里用到的變換矩陣、燈光等信息都是處理每一批頂點(diǎn)時(shí)一次性傳給顯卡的,作為顯卡的資源。頂點(diǎn)處理圈定了三角形的范圍,接下來就要逐像素地填充這個(gè)三角形了。填充哪些像素是靠對(duì)頂點(diǎn)屏幕坐標(biāo)的線性插值來決定的。像素的其他一些必要參數(shù),如顏色,貼圖坐標(biāo)等也是通過對(duì)上一步計(jì)算出來的頂點(diǎn)的這些屬性進(jìn)行插值得到的。另外每個(gè)像素還要通過深度檢測(cè)和模板檢測(cè)決定最終是否繪制。需要繪制的像素被送進(jìn)像素處理模塊,進(jìn)行貼圖像素取值,貼圖混合等工作,必要的話每像素光照也在這里完成。這里貼圖等信息也是作為顯卡的資源。像素最終的處理結(jié)果被放進(jìn)后備緩沖。

            以往顯卡在頂點(diǎn)處理和像素處理過程中執(zhí)行的是一套布在硬件上的固定的程序,D3D程序員只能設(shè)置一些參數(shù),實(shí)際上就是你調(diào)用 IDirect3DDevice::SetRenderState()時(shí)做的事,而這樣的程序在IDirect3DDevice:: DrawPrimitive()中自動(dòng)執(zhí)行。那么有些事情就很難辦到,如渲染一個(gè)水晶饅頭。應(yīng)為參數(shù)再多,其渲染所用到的光照公式也跑不出石膏這種東西。現(xiàn)在的顯卡,確切的說是現(xiàn)在的Direct3D允許你寫這么一段程序替代固定的頂點(diǎn)處理過程和像素處理過程(記住,只是這兩個(gè)過程,跟插值什么的沒關(guān)系)。其中替換頂點(diǎn)處理的就叫Vertex Shader(暫時(shí)還沒有確切的中文名),替換像素處理的就叫Pixel Shader。就是開篇所說的Shader。

            這樣你應(yīng)該想到Shader中大概應(yīng)該寫些什么了。如果還不行的話建議復(fù)習(xí)一下D3D。用什么來寫呢?
            三。GPU自有GPU的指令集,以往的Shader就是用這種匯編式的指令集組成,例如:
            vs_1_1

            dcl_position v0

            dcl_normal v1,r0, v0.x, c0

            mad r2, v0.y, c1, r0

            就如同匯編用多了必然出現(xiàn)C一樣,自Direct3D9.0后,一種叫HLSL(High Level Shading Language,高級(jí)渲染語言)的面向過程的Shader語言應(yīng)運(yùn)而生.

            HLSL基礎(chǔ)

            就像每一本編程語言的教材一樣,介紹一門語言,首先從它的數(shù)據(jù)類型,表達(dá)式,控制流這些東西說起。HLSL的這些基本語法很像C/C++,不再贅述。有些常見問題還是要說明一下,是為了讓你不會(huì)被這些牽制了全面了解Shader的腳步。

            數(shù)據(jù)類型

            與CPU不同,在顯卡芯片中,最小的數(shù)據(jù)吞吐單元是一個(gè)由32位浮點(diǎn)數(shù)組成的四元組。這一點(diǎn)很有道理不是,想想你在渲染過程中所有涉及到的數(shù)據(jù),最復(fù)雜的不外乎四維坐標(biāo)(x,y,z,w)或顏色(r,g,b,a),這樣GPU可以一次性處理一個(gè)四元組。而整數(shù)什么的在顯卡中被放到四元組的一個(gè)分量里使用,而很多顯卡中,整數(shù)、布爾值都不被直接支持,而是轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)數(shù)使用。至于矩陣,通常用4個(gè)四元組表示一個(gè)4x4矩陣(默認(rèn)情況一個(gè)四元組存儲(chǔ)一行,也可以指定按列存儲(chǔ))其他尺寸的以此類推。

            反映到程序上,一個(gè)四維向量就被聲明為float4,4維方矩陣被聲明為float4x4等等。當(dāng)然,你也可以使用任意不超過4的維度的向量或矩陣,如int3,float3x3,double1。這個(gè)double1實(shí)際上就是標(biāo)量了,1可以省略不寫。

            紋理(Texture)&取樣器(Sampler)

            這倆東西可以看作特殊類型變量。紋理就是Shader中用到的貼圖資源,這我想沒什么好說的。來解釋一下取樣器:實(shí)際上每張貼圖在使用的時(shí)候都要用一個(gè)取樣器。取樣器相當(dāng)于這樣一個(gè)結(jié)構(gòu),除了保存貼圖本身數(shù)據(jù)之外,還包括過濾參數(shù)等取樣信息。通常,讀取貼圖這樣的指令接收的都是取樣器類型的參數(shù)而并非直接接收紋理貼圖。聲明及使用紋理或取樣器跟使用普通變量一樣。這里有一些初始化取樣器的方法,還是等到后面的實(shí)例中講述吧。

            Semantic & Annotation

            任何類型的變量(包括紋理和取樣器),我們都可以用Semantic或Annotation修飾來起到一些特殊作用。Semantic暫時(shí)翻譯成語義; Annotation暫時(shí)翻譯成注解,這是HLSL中獨(dú)特的東西。下面這兩行中,第一個(gè)變量冒號(hào)后面的POSITION就是Semantic,第二個(gè)變量后面用一對(duì)尖括號(hào)<>圈起來的表達(dá)式就是Annotation,一組<>中可以有很多個(gè)表達(dá)式。
            float3 OmniPos : POSITION;
            texture TexMap 
            < string name = "test.dds">;

            一般來講,Semantic告訴應(yīng)用程序或D3D這個(gè)被修飾的變量是做什么用的Annotation告訴程序這個(gè)變量怎么用。很云山霧罩是嗎,是這樣,在應(yīng)用程序代碼中,是可以調(diào)用D3D的API認(rèn)出Semantic和Annotation的。例如上面這兩行,程序的邏輯就可能是這樣:首先寫主程序的甲和寫Shader的乙約定好POSITION標(biāo)識(shí)該變量代表燈泡A的位置,甲在程序里寫:{燈泡A.位置 = XXX; 找到Shader中帶POSITION的變量; 給該變量賦值為燈泡A.位置; return;} 那么甲可以不知道乙在Shader中給這個(gè)要用燈泡A位置的變量起了什么名,而且乙可以在好幾個(gè)Shader中給用這個(gè)數(shù)據(jù)的變量起不同的名。然后,甲和乙再約定遇到Annotation中的“name”就將后面的字符串作為文件名建立貼圖。于是甲的程序就從Shader中讀出了一個(gè)文件名,建立了一個(gè)貼圖以供這個(gè)texture變量使用。Semantic和Annotation大概就這么用,首先要約定好各個(gè)Semantic和Annotation都是什么意思,這是up to you的,然后就是通過它們的標(biāo)識(shí)來給變量賦值或作其他輔助性工作了。

            既然都是做輔助說明的為什么還要分成Semantic和Annotation,我的想法是Semantic簡(jiǎn)單方便而Annotation能干的事更多。不說這個(gè)了,無關(guān)大局。要說的是,D3D也跟我們約定了一套Semantic,它們大體上都能顧名思義,控制流

            控制流,就是if…else,for,while什么的。在CPU中,這些控制流造成的實(shí)際上是指令跳轉(zhuǎn)。但在GPU中指令跳轉(zhuǎn)并不被廣泛的支持,以往的大部分顯卡只懂得按順序一句一句執(zhí)行指令。因此HLSL的編譯器可能會(huì)做出諸如展開循環(huán)、遍歷分支等等莽撞的事來適應(yīng)顯卡。所以使用時(shí)要特別小心,而且不是所有情況的控制流語句都被支持。

            函數(shù)

            HLSL中提供了很多函數(shù)可供調(diào)用,在Direct3D 文檔 -> DirectX Graphics -> Reference -> HLSL Shader Reference -> HLSL Intrinsic Functions中有這些函數(shù)的詳細(xì)列表。也可自己寫函數(shù)用,但是在較早的Shader版本中,就像內(nèi)聯(lián)函數(shù)一樣編譯時(shí)最終要將函數(shù)展開插入到函數(shù)調(diào)用處。還有一點(diǎn)我想你一定會(huì)想到的就是主函數(shù)會(huì)是什么。Vertex Shader和Pixel Shader各自需要一個(gè)主函數(shù),由程序員來指定!沒錯(cuò),程序員在Shader外部指定。

            posted on 2007-11-13 01:08 七星重劍 閱讀(2109) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: Game GraphicsHLSL&ShaderMonkey
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