索引頂點混合

Direct3D通過索引頂點混合，擴展了使用多個混合矩陣對頂點進行混合的支持。在索引頂點混合中，混合矩陣被保存在矩陣調色板（可以看成一個矩陣數組）中，使用矩陣索引來引用特定的混合矩陣。矩陣索引使用8位無符號整數表示，由每個頂點提供，因為Direct3D中限定每個頂點最多受到4個混合矩陣的影響，所以每個頂點最多具有4個矩陣索引，每個頂點的矩陣索引被組合成一個DWORD類型的整數存儲和表示。因為每個頂點最多受4個混合矩陣的影響，所以在渲染一個三角形時最多可能需要使用12個混合矩陣，在這種情況下，矩陣調色板中最少需要包含12個混合矩陣。

下圖演示了一個頂點使用矩陣索引引用4個混合矩陣，圖中的頂點通過矩陣索引引用矩陣調色板中索引為0、2、5、6的混合矩陣：

下圖演示了渲染一個三角形時，如何通過矩陣索引引用矩陣調色板中的12個混合矩陣：

在渲染圖形時，要想啟用索引頂點混合，需要將渲染狀態D3DRS_INDEXEDVERTEXBLENDENABLE設置為TRUE，如果啟用了索引頂點混合，則在頂點數據中就需要包含矩陣索引數據。如果 將渲染狀態D3DRS_INDEXEDVERTEXBLENDENABLE設置為FALSE則禁用索引頂點混合，但是又啟用了圖形混合功能，這時在頂點數據中就不需要包含矩陣索引數據，每個頂點的矩陣索引默認為0~3。

D3DRS_INDEXEDVERTEXBLENDENABLE

bool value that enables or disables indexed vertex blending. The default value is FALSE. When set to TRUE, indexed vertex blending is enabled. When set to FALSE, indexed vertex blending is disabled. If this render state is enabled, the user must pass matrix indices as a packed DWORDwith every vertex. When the render state is disabled and vertex blending is enabled through the D3DRS_VERTEXBLEND state, it is equivalent to having matrix indices 0, 1, 2, 3 in every vertex.

D3DCAPS結構體的成員變量MaxVertexBlendMatrixIndex表示當前設備對索引頂點混合的支持，如果MaxVertexBlendMatrixIndex的值為0，表示當前硬件設備不支持索引頂點混合。如果MaxVertexBlendMatrixIndex的值不為0，表示混合矩陣的最大索引為MaxVertexBlendMatrixIndex，也就是當前硬件設備支持的矩陣調色 板最大容量為MaxVertexBlendMatrixIndex+1，表示矩陣調色板最大可以容納MaxVertexBlendMatrixIndex+1個混合矩陣。如果頂點中包含法線信息， 則也需要對法線數據進行混合，這時矩陣調色板中矩陣的最大數量為（MaxVertexBlendMatrixIndex+1）/ 2。如果使用軟件頂點處理模式，則矩陣調色板的最大容量為256，不管是否需要對法線向量進行混合。

MaxVertexBlendMatrixIndex

DWORD value that specifies the maximum matrix index that can be indexed into using the per-vertex indices. The number of matrices is MaxVertexBlendMatrixIndex + 1, which is the size of the matrix palette. If normals are present in the vertex data that needs to be blended for lighting, then the number of matrices is half the number specified by this capability flag. If MaxVertexBlendMatrixIndex is set to zero, the driver does not support indexed vertex blending. If this value is not zero then the valid range of indices is zero through MaxVertexBlendMatrixIndex.

A zero value for MaxVertexBlendMatrixIndex indicates that the driver does not support indexed matrices.

When software vertex processing is used, 256 matrices could be used for indexed vertex blending, with or without normal blending.

For a given physical device, this capability may vary across Direct3D devices depending on the parameters supplied to IDirect3D9::CreateDevice.

綜合上面圖形混合和索引頂點混合的內容，對頂點混合可以總結如下：

（1）不管是否使用索引頂點混合，混合矩陣都是通過索引從矩陣調色板中引用。

（2）如果不使用索引頂點混合，則混合矩陣索引最大為3，而且在頂點數據中不需要包含矩陣索引，矩陣索引默認為0~3。

（3）如果使用索引頂點混合，矩陣索引最大為255，而且在頂點數據中需要指定影響該頂點混合矩陣的索引。

（4）使用圖形混合之前，首先需要檢查當前設備支持的調色板容量是否滿足要求，因為使用軟件頂點處理模式時，最大混合矩陣索引為255，肯定能滿足要求，所以如果硬件頂點處理模式下矩陣調色板容量不能滿足要求，只需簡單轉換為使用軟件頂點處理模式即可。

蒙皮骨骼動畫跟單純的骨骼動畫相比，只是使用了頂點混合技術，解決單純的骨骼動畫存在的問題。

首先我們需要定義包含頂點混合權重和法線向量的結構體，還需要定義兩個混合矩陣：

struct sBlendVertex
{
	D3DXVECTOR3 pos;
	float		blend;
	D3DXVECTOR3 normal;
};

#define BLEND_VERTEX_FVF (D3DFVF_XYZB1 | D3DFVF_NORMAL)

CDXUTMesh*	g_dxut_mesh;
D3DXMATRIX	g_blend_matrix_1;
D3DXMATRIX	g_blend_matrix_2;

因為頂點所有骨骼權重之和是1，所以如果1個頂點受到n塊骨骼的影響，那么為頂點指定n-1個權重即可，最后一個權重可以通過1減去n-1個權重之和得到。這里每個頂點只受兩個骨骼矩陣的影響，所以在上面的頂點結構中只需提供一個頂點權重即可。

接著在回調函數ModifyDeviceSetttings()中用下列語句檢查硬件是否支持索引頂點混合，如果當前硬件不支持索引頂點混合，則使用軟件頂點處理模式：

if(pDeviceSettings->BehaviorFlags & D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING)
	pDeviceSettings->BehaviorFlags = D3DCREATE_MIXED_VERTEXPROCESSING;

// if current device does not support vertex blending, use software device.
if(pCaps->MaxVertexBlendMatrices < 1)
	pDeviceSettings->BehaviorFlags = D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING;

接下來在回調函數OnCreateDevice()中從.x文件中加載網格模型，因為該網格模型中并沒有包含骨骼權重信息，所以首先調用CDXUTMesh:SetFVF()設置網格模型的頂點靈活格式，然后為該網格模型的每個頂點添加權重：

g_dxut_mesh = new CDXUTMesh();
V_RETURN(g_dxut_mesh->Create(pd3dDevice, L"mslogo.x"));

// add vertex blending weight and normal information
g_dxut_mesh->SetFVF(pd3dDevice, BLEND_VERTEX_FVF);

DWORD num_vertices = g_dxut_mesh->GetMesh()->GetNumVertices();

IDirect3DVertexBuffer9* vertex_buffer;
g_dxut_mesh->GetMesh()->GetVertexBuffer(&vertex_buffer);

sBlendVertex* blend_vertices;
vertex_buffer->Lock(0, 0, (void**)&blend_vertices, 0);

// count min and max x coordinate of all vertices for calculating vertex blending weight

float min_x =  1e10f;
float max_x = -1e10f;

for(DWORD i = 0; i < num_vertices; i++)
{
	if(blend_vertices[i].pos.x < min_x)
		min_x = blend_vertices[i].pos.x;

	if(blend_vertices[i].pos.x > max_x)
		max_x = blend_vertices[i].pos.x;
}

// calculate for all vertices blending weight
for(DWORD i = 0; i < num_vertices; i++)
{
	float scale = (blend_vertices[i].pos.x - min_x) / (max_x - min_x);
	blend_vertices[i].blend = 1.0f - sinf(scale * D3DX_PI);
}

vertex_buffer->Unlock();
vertex_buffer->Release();	

接下來在回調函數中OnFrameMove()中實時構造并設置骨骼變換矩陣：

float scale = (float) fTime;

// calculate blend matrix
D3DXVECTOR3 axis(2 + sinf(scale * 3.1f), 2 + sinf(scale * 3.3f), sinf(scale * 3.5f));
D3DXMatrixIdentity(&g_blend_matrix_1);
D3DXMatrixRotationAxis(&g_blend_matrix_2, &axis, sinf(3 * scale));

// set vertex blend method and blend matrix
pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_VERTEXBLEND, D3DVBF_1WEIGHTS);
pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLDMATRIX(0), &g_blend_matrix_1);
pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLDMATRIX(1), &g_blend_matrix_2);

上面代碼中的最后三行是相互對應的，缺一不可。首先將渲染狀態D3DRS_VERTEXBLEND設置為D3DVBF_1WEIGHTS，渲染狀態D3DRS_VERTEXBLEND用來指定進行頂點混合時所使用的矩陣的數目，這里將它設置為D3DVBF_1WEIGHTS，表示用宏D3DTS_WORLDMATRIX(index)設置兩個骨骼矩陣進行頂點混合，而且這兩個骨骼矩陣的索引號分別是0和1。

因為要進行頂點混合，所以函數SetTransform()將要設置的不再是普通的世界坐標變換矩陣，而是骨骼變換矩陣，所以它的第一個參數應該采用宏D3DTS_WORLDMATRIX(index)的格式，而不像以前一樣使用標識符D3DTS_WORLD。宏D3DTS_WORLDMATRIX(index)的定義如下：

#define D3DTS_WORLDMATRIX(index) (D3DTRANSFORMSTATETYPE)(index + 256)

該宏負責將索引號index映射到相應的變換狀態下。

在設置好各個骨骼矩陣之后，在回調函數OnFrameRender()中渲染網格模型：

g_dxut_mesh->Render(pd3dDevice);

運行截圖：

主程序：

下載示例工程