DirectX 3D编程入门教程三 网格及其X文件格式

鼯鼠

前言：

　　应几个网友的要求，利用工作之余，写了一篇DirectX 3D（简称D3D）编程入门教程。该教程适用于一些刚刚涉及D3D编程的朋友，读者必须有一定的C++ 和Win32的编程知识。在教程的最后，会给出一个完整的实例，让你显示一个活生生的三位物体。对一些大虾级的高手，这只能使班门弄斧了，同时也非常欢迎爱好D3D编程的朋友和我联系和交流，并提出宝贵意见。

　　该教程基于DirectX 8.0 Graphics, 一部分内容由DirectX 8.0 SDK 英文文档翻译而来，一部分是自己工作经验的总结，作者对此享有著作权，读者可任意拷贝和传播，但不包含商业的用途，转贴请注明出处。

　　作者联系方式： jockey8888@sina.com

　　目录:

　　一. 慨述

　　二. D3D中的网格(Mesh)

　　1. 网格中包含的内容

　　2. D3D中网格的处理

　　三. D3D中的X文件格式

　　1. X文件简介

　　2. X文件中的模板(Template)

　　3. X文件格式

　　一. 慨述

　　怎样将现实中的一个物体，比如，一只花瓶，一个足球，甚至一架大的战斗机，在电脑屏幕上显示呢？我们一般会这样做：

　　1. 先把该物体放在一个虚拟的三维坐标系中，该坐标称为局部坐标系(Local Space), 一般以物体的中心作为坐标原点，采用左手坐标系。

　　2. 然后，对坐标系中的物体进行点采样(Point Sample), 这些采样点按一定顺序连接成为一系列的小平面（三角形或共面的四边形，五边形等），这些小平面称为图元(Primitive), 3D引擎会处理每一个图元，称为一个独立的渲染单位。这样取样后的物体看起来像是由许许多多的三角形，四边形或五边形组成的，就像网一样，我们称为一个网格(Mesh).

　　这个采样过程又可称为物体的3D建模。当然现在都有功能非常强大的3D建模工具，例如，3D Max, 3D Cool等建模工具，省去了我们这方面的许多工作。

　　3. 我们纪录这些顶点数据和连线情况到一个文件中，3D引擎读取这些数据，依次渲染每一个图元，就能在显示屏幕上再现物体。当然了，取样的点越多，再现的物体也会越逼真，要处理的数据量也越大。

　　在D3D中，纪录这些顶点数据和连线情况的文件称为X文件(X File)。它是以X作为文件名后缀的。这有点类似于2D中的位图文件。

　　二. D3D中的网格(Mesh)

　　如上所述，在D3D图形学中，网格也是由一系列共面多边形组成，即由一个个的图元组成，所以有的3D图形学书上，也把网格称为图元链表( Primitive List). 一个物体就可以表示成一个多边形的网格。

　　1. 网格中包含的内容

　　网格中主要存储的是对物体的点采样信息，所以一般会有物体采样的顶点个数，顶点数据列表；面个数，面的数据列表的信息。然后，为了增加采样物体的真实性，我们还会加入物体的纹理，材质，灯光等信息。所以，我们一般可用以下模板来定义一个网格。对模板的内容，会在以下的X文件格式中作介绍。

　　template Mesh {

　　<3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433> // 给该模块定义的UUID

　　DWORD nVertices; // 采样的顶点数

　　array Vector vertices[nVertices]; // 顶点数据列表

　　DWORD nFaces; // 面个数

　　array MeshFace faces[nFaces]; //面的数据列表

　　[...] // 一些其他的信息，如：纹理，材质等

　　}

　　2. D3D中网格的处理

　　在微软DirectX8.0 中，提供了几个接口来对网格进行处理，其中最常用的接口是ID3DXMesh。我们可以使用该接口来装载网格数据，获得网格的各种信息等。使用该接口会在下章详细讲解。

　　

　　三. D3D中的X文件格式

　　1. X文件简介

　　在D3D中, X文件主要是用来存储网格数据的,当然不光是网格数据,它还用来存储有关纹理,动画及用户定义的对象的一些数据.

　　X文件还是模板驱动(Template-Driven)的,也就是说它存储数据的格式是基于模板的. 这使得这种文件格式具有结构自由,内容丰富,易应用,可移植性高等优点.

　　2. X文件中的模板(Template)

　　模板定义了数据流是怎样被格式化的，也就是告诉你对于一个3D模型的各种数据，它们是以什么格式存放在数据流中的（这里指文件）。

　　a. 模板的格式

　　在X文件中，一般会有如下所示的格式：

　　template <template-name> { // 模板名

　　<UUID> // 一个全局唯一ID, 用来唯一标识该模板

　　<member 1>; // 成员变量1

　　...

　　<member n>; // 成员变量n

　　[restrictions] // 模板约束，下面会提到

　　}

　　b. 模板约束

　　根据模板约束的不同形式，我们可将模板分成以下三类：

　　(a). 开放式模板( Open Tamplate )

　　开放式模板指除了模板本身定义的成员变量外，我们还可以向模板中添加其他的成员变量，来达到定制模板的目的。下面是一个开放式模板实例：

　　template Mesh {

　　<3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　DWORD nVertices;

　　array Vector vertices[nVertices];

　　DWORD nFaces;

　　array MeshFace faces[nFaces];

　　[ ... ] // 该字符串表明该模板为开放式模板

　　}

　　(b). 约束模板 ( Restricted Tamplate )

　　与开放式模板相比，我们只能向约束模板中添加有限几种类型的数据成员，这些数据类型由模板枚举出来，下面是一个开约束模板实例：

　　template FileSystem {

　　<UUID>

　　STRING name;

　　[ Directory <UUID>, File <UUID> ] // 表明为约束模板

　　}

　　(c). 封闭式模板( Closed Tamplate )

　　与上面两种类型的模板相比，封闭式模板的数据成员是固定的，我们不能向里面添加另外的成员。下面是一个封闭式模板实例：

　　template Vector {

　　<3D82AB5E-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　FLOAT x;

　　FLOAT y;

　　FLOAT z;

　　} // A closed template

　　c. 常用的模板类型

　　以下是一些常用的模板类型，我做了一些简单的注释，详细资料可以查DirectX8.0 SDK文档。

　　// 标题模板， 给出一些附加的X文件信息，如版本信息。

　　template Header { // 标题模板， 给出一些附加的X文件信息，如版本信息。

　　<3D82AB43-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　WORD major; // 大版本号

　　WORD minor; // 小版本号

　　DWORD flags;

　　}

　　// 向量模板， 定义一个向量 (x,y,z)

　　template Vector {

　　<3D82AB5E-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　FLOAT x;

　　FLOAT y;

　　FLOAT z;

　　}

　　// 颜色模板，定义一带alpha的颜色值

　　template ColorRGBA {

　　<35FF44E0-6C7C-11cf-8F52-0040333594A3>

　　FLOAT red;

　　FLOAT green;

　　FLOAT blue;

　　FLOAT alpha;

　　}

　　// 颜色模板，定义一不带alpha的颜色值

　　template ColorRGB {

　　<D3E16E81-7835-11cf-8F52-0040333594A3>

　　FLOAT red;

　　FLOAT green;

　　FLOAT blue;

　　}

　　// 材质模板，定义材质属性

　　template Material {

　　<3D82AB4D-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　ColorRGBA faceColor; // 材质颜色

　　FLOAT power; // 高亮光强度

　　ColorRGB specularColor; // 高亮光颜色

　　ColorRGB emissiveColor; // 发散光颜色

　　[...] // 可添加其他成员

　　}

　　// 网格面模板，定义网格中的一个面（ 即图元，还记得网格的概念吗）

　　template MeshFace {

　　<3D82AB5F-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　DWORD nFaceVertexIndices; // 该面包含的定点数

　　array DWORD faceVertexIndices[nFaceVertexIndices]; // 面的顶点数据索引列表

　　}

　　// 网格模板， 定义网格数据格式

　　template Mesh {

　　<3D82AB44-62DA-11cf-AB39-0020AF71E433>

　　DWORD nVertices; // 网格顶点数

　　array Vector vertices[nVertices]; // 网格顶点数据列表

　　DWORD nFaces; // 网格面数

　　array MeshFace faces[nFaces]; // 网格面的数据列表

　　[...] // 可添加其他成员

　　}

　　3. X文件格式

　　D3D的X文件拥有自己的一套完整的语法规则，以下是一个完整X文件，它存储了一个正方形网格的数据。该正方形有两个面，一面为红色，一面为蓝色。

　　1 xof 0302txt 0064

　　2

　　3 // A single rectangle with two faces

　　4 // Author: Jacky 2002/04/22

　　5

　　6

　　7 Header

　　8 {

　　9 1;

　　10 0;

　　11 1;

　　12 }

　　13

　　14 Material Face1Material // Material 1

　　15 {

　　16 1.0; 0.0; 0.0; 1.0;; // 红色

　　17 0.0;

　　18 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;

　　19 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;

　　20

　　21 }

　　22

　　23 Material Face2Material // Material 2

　　24 {

　　25 0.0; 0.0; 1.0; 1.0;; // 蓝色

　　26 0.0;

　　27 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;

　　28 0.0; 0.0; 0.0; 0.0;;

　　29

　　30 }

　　31

　　32 Mesh Face

　　33 {

　　34 4; // 该网格包含四个顶点

　　35 -1.0; -1.0; 0.0;, // 顶点0坐标

　　36 -1.0; 1.0; 0.0;, // 顶点1坐标

　　37 1.0; 1.0; 0.0;, // 顶点2坐标

　　38 1.0; -1.0; 0.0;; // 顶点3坐标

　　39

　　40 2; // 该网格包含两个面

　　41 4; 0, 1, 2, 3;, // 网格正面，4表示该面有四个顶点，后面是顶点数据的索引

　　42 4; 3, 2, 1, 0;; // 网格反面

　　43

　　44 MeshMaterialList // 材质列表，为每个面分配一个材质

　　45 {

　　46 2;

　　47 2;

　　48 0, 1;;

　　49 { Face1Material }

　　50 { Face2Material }

　　51 }

　　52

　　53 }

　　a. 第1行，x文件的标题

　　xof ------ 表明该文件类型是X文件

　　0302 ----- 表明该文件大版本号为03， 小版本号为02，该版本号一般不会变

　　txt ------ 表明该文件为文本文件，同样"bin"为二进制文件，"tzip"为压缩文本文件，

　　"bzip"为压缩二进制文件。

　　0064 ----- 表明使用64位的浮点数。同样，0032表示使用32位的浮点数。

　　注意： 该标题字符串必须放在X文件的第一行。

　　b. 第3-4行，注释

　　在X文件中， 符号"//"或"#"用来表示注释。

　　c. 第7-12行，该文件的标题模板数据

　　该模板数据同最前的标题字符串相对应，用来说明该文件的一些信息。

　　d. 第14-30行，定义了两个材质，分别具有红色和蓝色属性。

　　在模板的数据中，要注意逗号和分号的使用。这方面的内容可查SDK的文档。

　　e. 第32-53行，给出了该网格的模板数据，可参见注释。

　　微软的X文件是一个庞杂的体系结构，关于它的内容完全可以写成一本厚厚的教课书。我这里只作了一些简略的介绍，就算是抛砖引玉，为刚学D3D编程的兄弟节省一点时间吧。

　　下一章我们将能看到学习成果了，我将给出一个实例来装载一个X文件，在屏幕上显示一个三维物体。（未完待续）