3.像素着色器
像素着色器是在对每个像素进行光栅化处理期间在图形卡的GPU上执行的程序。（不像顶点着色器，Direct3D不会以软件模拟像素着色器的功能。）它实际上替换了固定功能管线的多纹理化阶段（the multitexturing stage），并赋予我们直接操纵单独的像素和访问每个像素的纹理坐标的能力。这种对像素和纹理坐标的直接访问使我们可以达成各种特效，例如：多纹理化（multitexturing）、每像素光照（per pixel lighting）、景深（depth of field）、云状物模拟（cloud simulation）、焰火模拟（fire simulation）、混杂阴影化技巧（sophisticated shadowing technique）。
像素着色器的编写、使用和顶点着色器大同小异，有了之前的基础，不用太过于详细的介绍相信读者也能理解，下面使用像素着色器实现多纹理化。
3.1多纹理化
简单的说，多纹理化就是使用多个纹理贴图混合后进行渲染，如图3.1，渲染过程中，从纹理1和纹理2中分别采样，得到的颜色值依据一定规则进行组合得到纹理3，这就是多纹理化。
图3.1
3.2多纹理效果的像素着色器
下面是像素着色器的代码，该代码存储于ps.txt中，该像素着色器根据输入的两套纹理坐标对对应的纹理贴图进行采样，根据一定比例Scalar混合后输出像素颜色。
//全局变量
//存储颜色混合的比例值s，其中
//Scalar.x = s
//Scalar.y = 1-s
vector Scalar;
//纹理
texture Tex0;
texture Tex1;
//纹理采样器
sampler Samp0 =
sampler_state
{
Texture = <Tex0>;
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
sampler Samp1 =
sampler_state
{
Texture = <Tex1>;
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
//输入两套纹理坐标
struct PS_INPUT
{
float2 uvCoords0 : TEXCOORD0;
float2 uvCoords1 : TEXCOORD1;
};
//输出像素颜色
struct PS_OUTPUT
{
float4 Color : COLOR0;
};
//入口函数
PS_OUTPUT PS_Main(PS_INPUT input)
{
PS_OUTPUT output = (PS_OUTPUT)0;
//分别对两个纹理进行采样按照比例混合后输出颜色值
output.Color = tex2D(Samp0, input.uvCoords0)*Scalar.x + tex2D(Samp1, input.uvCoords1)*Scalar.y;
return output;
}
整个程序很容易理解，程序中涉及到着色器的纹理和采样，是我们第一次接触的内容，下面给于说明。
3.2.1HLSL采样器和纹理
和vector、matrix一样，采样器sample和纹理texture也是HLSL语言的一种类型，HLSL着色器使用采样器对指定纹理进行采样，得到采样后的颜色值以供处理。
它们的用法如下：
//声明一个纹理变量
texture g_texture;
//定义采样器
sampler g_samp =
sampler_state
{
//关联到纹理
Texture = <g_texture>;
//设置采样器状态
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
//调用HLSL内置函数tex2D取得颜色值，参数一为采样器，参数二为纹理坐标
vector Color = tex2D(g_samp, uvCoords);
更多HLSL采样器和纹理的内容请参见DirectX文档。
以上是本例用到的像素着色器，在接下来的应用程序中，我们将给三个着色器全局变量赋值：
² Scalar
存储颜色混合的比例值s，其中Scalar.x = s, Scalar.y = 1-s;
² Samp0
第一层纹理采样器；
² Samp1
第二层纹理采样器；
像素着色器的输入结构中我们设定了一个顶点对应两套纹理坐标，读者可以留意一下应用程序中对应的顶点格式的定义。
3.3应用程序
程序中我们首先创建一个四边形，然后使用像素着色器进行纹理混合后对其进行渲染。下面是应用程序代码：
…
/*********************顶点格式定义*****************/
struct CUSTOMVERTEX
{
//定点位置坐标
float x,y,z;
//两套纹理坐标；
float tu0, tv0;
float tu1, tv1;
};
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_TEX2)
…
/*********************声明变量*****************/
//顶点着色器
LPDIRECT3DPIXELSHADER9 pixelShader = 0;
//常量表
ID3DXConstantTable* pixelConstTable = 0;
//常量句柄
D3DXHANDLE ScalarHandle = 0;
D3DXHANDLE Samp0Handle = 0;
D3DXHANDLE Samp1Handle = 0;
//常量描述结构
D3DXCONSTANT_DESC Samp0Desc;
D3DXCONSTANT_DESC Samp1Desc;
//四边形顶点缓存
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 quadVB = NULL;
//两个纹理
LPDIRECT3DTEXTURE9 quadTexture0 = NULL;
LPDIRECT3DTEXTURE9 quadTexture1 = NULL;
…
/********************初始化应用程序*****************/
//创建四边形顶点模型
CUSTOMVERTEX quad[] =
// x y z tu0 tv0 tu1 tv1
{{-3.0f, -3.0f, 10.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f},
{ -3.0f, 3.0f, 10.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f},
{ 3.0f, -3.0f, 10.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f},
{ 3.0f, 3.0f, 10.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f}};
//创建顶点缓存
void *ptr = NULL;
g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(sizeof(quad),
D3DUSAGE_WRITEONLY,
0,
D3DPOOL_MANAGED,
&quadVB,
NULL);
quadVB->Lock(0, 0, (void**)&ptr, 0);
memcpy((void*)ptr, (void*)quad, sizeof(quad));
quadVB->Unlock();
//创建纹理
D3DXCreateTextureFromFile(g_pd3dDevice, "porpcart.jpg", &quadTexture0);
D3DXCreateTextureFromFile(g_pd3dDevice, "luoqi.jpg", &quadTexture1);
//检测系统是否支持像素着色器
D3DCAPS9 caps;
g_pd3dDevice->GetDeviceCaps(&caps);
if(caps.PixelShaderVersion < D3DPS_VERSION(1, 1))
{
MessageBox(0, "NotSupport Pixel Shader - FAILED", 0, 0);
exit(0);
}
//创建像素着色器
ID3DXBuffer* codeBuffer = 0;
ID3DXBuffer* errorBuffer = 0;
HRESULT hr = D3DXCompileShaderFromFile("ps.txt",
0,
0,
"PS_Main", // entry point function name
"ps_1_1",
D3DXSHADER_DEBUG,
&codeBuffer,
&errorBuffer,
&pixelConstTable);
// output any error messages
if(errorBuffer)
{
MessageBox(0, (char*)errorBuffer->GetBufferPointer(), 0, 0);
ReleaseCOM(errorBuffer);
}
if(FAILED(hr))
{
MessageBox(0, "D3DXCompileShaderFromFile() - FAILED", 0, 0);
return false;
}
hr = g_pd3dDevice->CreatePixelShader((DWORD*)codeBuffer->GetBufferPointer(), &pixelShader);
if(FAILED(hr))
{
MessageBox(0, "CreatePixelShader - FAILED", 0, 0);
return false;
}
ReleaseCOM(codeBuffer);
ReleaseCOM(errorBuffer);
//得到各常量句柄
ScalarHandle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Scalar");
Samp0Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Samp0");
Samp1Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, "Samp1");
//得到对着色器变量Samp0、Samp0的描述
UINT count;
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp0Handle, & Samp0Desc, &count);
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp1Handle, & Samp1Desc, &count);
//设定各着色器变量为初始值
pixelConstTable->SetDefaults(g_pd3dDevice);
…
/********************渲染*****************/
g_pd3dDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_XRGB(153,153,153), 1.0f, 0 );
g_pd3dDevice->BeginScene();
//为着色器全局变量Scalar赋值
D3DXVECTOR4 scalar(0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f);
pixelConstTable->SetVector(g_pd3dDevice, ScalarHandle, &scalar);
//设置像素着色器
g_pd3dDevice->SetPixelShader(pixelShader);
//设置定点格式、绑定数据流
g_pd3dDevice->SetFVF(D3DFVF_CUSTOMVERTEX);
g_pd3dDevice->SetStreamSource(0, quadVB, 0, sizeof(CUSTOMVERTEX));
//设置第一、二层纹理
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp0Desc.RegisterIndex, quadTexture0);
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp1Desc.RegisterIndex, quadTexture1);
//绘制图形
g_pd3dDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 2);
g_pd3dDevice->EndScene();
g_pd3dDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
…
程序中像素着色器的使用和之前顶点着色器的使用无二，只是设置着色器中纹理采样器变量Samp0、Samp1和设定着色器其他变量稍有不同：
1. 首先通过变量名称得到变量句柄：
Tex0Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, " Samp0");
Tex1Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, " Samp1");
2. 然后通过句柄得到对变量的描述：
UINT count;
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp0Handle, & Samp0Desc, &count);
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp1Handle, & Samp1Desc, &count);
3.最后通过SetTexture配合所得到的描述信息设置纹理：
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp0Desc.RegisterIndex, quadTexture0);
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp1Desc.RegisterIndex, quadTexture1);
编译运行程序，运行效果如图3.2，这里我们将颜色混合比例设置为0.5，如果读者在渲染过程中不断变换对着色器变量Scalar的赋值，你将会得到一个混合度不断变换的多纹理效果。
D3DXVECTOR4 scalar(0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f); //读者可以尝试改变混合采用的比例值
pixelConstTable->SetVector(g_pd3dDevice, ScalarHandle, &scalar);
纹理一
纹理二
混合后纹理三
图3.2