用法线绘制DirectX 11索引绘图

Question

我正在为DirectX 11开发一个OBJ加载程序。在OBJ格式中，一个正方形(两个三角形)如下所示：

v 0 0 0
v 0 1 0
v 1 1 0
v 1 0 0

f 1 2 3
f 1 3 4

因此，首先用v给出顶点数据，然后用f给出人脸。因此，只需将顶点读入顶点缓冲区，将索引读入索引缓冲区。但是现在我需要计算像素着色器的法线。我是否可以在使用索引渲染时存储人脸的正常数据，还是必须创建一个没有索引的顶点缓冲区？(因为这样我就可以存储每个顶点的正常数据，因为每个顶点只在一个面使用)

Answer 1

通常的方法是为一张脸的所有三个顶点存储相同的法向量。就像这样：

Vertex
{
    Vector3 position;
    Vector3 normal;
}

std::vector<Vertex>  vertices;
std::vector<uint32_t>  indices;

for(each face f)
{
    Vector3 faceNormal = CalculateFaceNormalFromPositions(f); // Generate normal for given face number `f`;
    for(each vertex v)
    {
        Vertex vertex;
        vertex.position = LoadPosition(f, v); // Load position from OBJ based on face index (f) and vertex index (v);
        vertex.normal = faceNormal;
        vertices.push_back(vertex);

        indices.push_back(GetPosIndex()); // only position index from OBJ file needed
    }
}

注意:通常您希望使用顶点法线而不是人脸法线，因为顶点法线允许应用更好看的照明算法(每像素照明)：

for(each face f)
{
    for(each vertex v)
    {
        Vertex vertex;
        vertex.position = LoadPosition(f, v);
        vertex.normal = ...precalculated somewhere...
        vertices.push_back(vertex);
    }
}

Note2:通常您希望从资产文件中读取预计算的法线，而不是在运行时计算它：

for(each face f)
{
    for(each vertex v)
    {
        Vertex vertex;
        vertex.position = LoadPosition(f, v);
        vertex.normal = LoadNormal(f, v);
        vertices.push_back(vertex);
    }
}

.obj格式允许存储每个顶点法线).google的例子：

# cube.obj
#

g cube

# positions
v  0.0  0.0  0.0
v  0.0  0.0  1.0
v  0.0  1.0  0.0
v  0.0  1.0  1.0
v  1.0  0.0  0.0
v  1.0  0.0  1.0
v  1.0  1.0  0.0
v  1.0  1.0  1.0

# normals
vn  0.0  0.0  1.0
vn  0.0  0.0 -1.0
vn  0.0  1.0  0.0
vn  0.0 -1.0  0.0
vn  1.0  0.0  0.0
vn -1.0  0.0  0.0

# faces: indices of position / texcoord(empty) / normal 
f  1//2  7//2  5//2
f  1//2  3//2  7//2 
f  1//6  4//6  3//6 
f  1//6  2//6  4//6 
f  3//3  8//3  7//3 
f  3//3  4//3  8//3 
f  5//5  7//5  8//5 
f  5//5  8//5  6//5 
f  1//4  5//4  6//4 
f  1//4  6//4  2//4 
f  2//1  6//1  8//1 
f  2//1  8//1  4//1 

C++中的示例代码(未测试)

struct Vector3{ float x, y, z; };

struct Face
{
    uint32_t position_ids[3];
    uint32_t normal_ids[3];
};

struct Vertex
{
    Vector3 position;
    Vector3 normal;
};

std::vector<Vertex>  vertices; // Your future vertex buffer
std::vector<uint32_t>  indices;  // Your future index buffer

void ParseOBJ(std::vector<Vector3>& positions, std::vector <Vector3>& normals, std::vector<Face>& faces) {  /*TODO*/ }

void LoadOBJ(const std::wstring& filename, std::vector<Vertex>& vertices, std::vector<uint32_t>& indices)
{
    // after parsing obj file
    // you will have positions, normals 
    // and faces (which contains indices for positions and normals)
    std::vector<Vector3> positions;
    std::vector<Vector3> normals;
    std::vector<Face> faces;
    ParseOBJ(positions, normals, faces);

    for (auto itFace = faces.begin(); itFace != faces.end(); ++itFace) // for each face
    {
        for (uint32_t i = 0; i < 3; ++i) // for each face vertex
        {
            uint32_t position_id = itFace->position_ids[i]; // just for short writing later
            uint32_t normal_id = itFace->normal_ids[i];

            Vertex vertex;
            vertex.position = positions[position_id];
            vertex.normal = normals[normal_id];

            indices.push_back(position_id);     // Note: only position's indices
            vertices.push_back(vertex);
        }
    }
}

注意，在将normal的数据合并到顶点之后，您将不再需要normal的索引了。因此，法线没有索引(两个相等的法线可以存储在不同的顶点，这是对空间的浪费)。但是仍然可以使用索引呈现，因为位置是索引的。

我必须说，当然，现代GPU的可编程管道允许做更棘手的事情：

• 为每个人创建缓冲区:位置、法线、pos_indices和nor_indices
• 使用电流vertex_id，读取着色电流position_id及对应位置，normal_id及相应法线
• 您甚至可以在着色器中生成法线(因此根本不需要normal_id和普通缓冲区)。
• 你可以在几何图形着色器里组装你的脸。
• 在这样的算法中，呈现系统变得更加复杂，几乎没有任何增益。