3.像素著色器
像素著色器是在對每個像素進行光柵化處理期間在圖形卡的GPU上執行的程序。（不像頂點著色器，Direct3D不會以軟件模擬像素著色器的功能。）它實際上替換了固定功能管線的多紋理化階段（the multitexturing stage），并賦予我們直接操縱單獨的像素和訪問每個像素的紋理坐標的能力。這種對像素和紋理坐標的直接訪問使我們可以達成各種特效，例如：多紋理化（multitexturing）、每像素光照（per pixel lighting）、景深（depth of field）、云狀物模擬（cloud simulation）、焰火模擬（fire simulation）、混雜陰影化技巧（sophisticated shadowing technique）。
像素著色器的編寫、使用和頂點著色器大同小異，有了之前的基礎，不用太過于詳細的介紹相信讀者也能理解，下面使用像素著色器實現多紋理化。
3.1多紋理化
簡單的說，多紋理化就是使用多個紋理貼圖混合后進行渲染，如圖3.1，渲染過程中，從紋理1和紋理2中分別采樣，得到的顏色值依據一定規則進行組合得到紋理3，這就是多紋理化。
圖3.1
3.2多紋理效果的像素著色器
下面是像素著色器的代碼，該代碼存儲于ps.txt中，該像素著色器根據輸入的兩套紋理坐標對對應的紋理貼圖進行采樣，根據一定比例Scalar混合后輸出像素顏色。
//全局變量
//存儲顏色混合的比例值s，其中
//Scalar.x = s
//Scalar.y = 1-s
vector Scalar;
//紋理
texture Tex0;
texture Tex1;
//紋理采樣器
sampler Samp0 =
sampler_state
{
Texture = <Tex0>;
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
sampler Samp1 =
sampler_state
{
Texture = <Tex1>;
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
//輸入兩套紋理坐標
struct PS_INPUT
{
float2 uvCoords0 : TEXCOORD0;
float2 uvCoords1 : TEXCOORD1;
};
//輸出像素顏色
struct PS_OUTPUT
{
float4 Color : COLOR0;
};
//入口函數
PS_OUTPUT PS_Main(PS_INPUT input)
{
PS_OUTPUT output = (PS_OUTPUT)0;
//分別對兩個紋理進行采樣按照比例混合后輸出顏色值
output.Color = tex2D(Samp0, input.uvCoords0)*Scalar.x + tex2D(Samp1, input.uvCoords1)*Scalar.y;
return output;
}
整個程序很容易理解，程序中涉及到著色器的紋理和采樣，是我們第一次接觸的內容，下面給于說明。
3.2.1HLSL采樣器和紋理
和vector、matrix一樣，采樣器sample和紋理texture也是HLSL語言的一種類型，HLSL著色器使用采樣器對指定紋理進行采樣，得到采樣后的顏色值以供處理。
它們的用法如下：
//聲明一個紋理變量
texture g_texture;
//定義采樣器
sampler g_samp =
sampler_state
{
//關聯到紋理
Texture = <g_texture>;
//設置采樣器狀態
MipFilter = LINEAR;
MinFilter = LINEAR;
MagFilter = LINEAR;
};
//調用HLSL內置函數tex2D取得顏色值，參數一為采樣器，參數二為紋理坐標
vector Color = tex2D(g_samp, uvCoords);
更多HLSL采樣器和紋理的內容請參見DirectX文檔。
以上是本例用到的像素著色器，在接下來的應用程序中，我們將給三個著色器全局變量賦值：
² Scalar
存儲顏色混合的比例值s，其中Scalar.x = s, Scalar.y = 1-s;
² Samp0
第一層紋理采樣器；
² Samp1
第二層紋理采樣器；
像素著色器的輸入結構中我們設定了一個頂點對應兩套紋理坐標，讀者可以留意一下應用程序中對應的頂點格式的定義。
3.3應用程序
程序中我們首先創建一個四邊形，然后使用像素著色器進行紋理混合后對其進行渲染。下面是應用程序代碼：
…
/*********************頂點格式定義*****************/
struct CUSTOMVERTEX
{
//定點位置坐標
float x,y,z;
//兩套紋理坐標；
float tu0, tv0;
float tu1, tv1;
};
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_TEX2)
…
/*********************聲明變量*****************/
//頂點著色器
LPDIRECT3DPIXELSHADER9 pixelShader = 0;
//常量表
ID3DXConstantTable* pixelConstTable = 0;
//常量句柄
D3DXHANDLE ScalarHandle = 0;
D3DXHANDLE Samp0Handle = 0;
D3DXHANDLE Samp1Handle = 0;
//常量描述結構
D3DXCONSTANT_DESC Samp0Desc;
D3DXCONSTANT_DESC Samp1Desc;
//四邊形頂點緩存
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 quadVB = NULL;
//兩個紋理
LPDIRECT3DTEXTURE9 quadTexture0 = NULL;
LPDIRECT3DTEXTURE9 quadTexture1 = NULL;
…
/********************初始化應用程序*****************/
//創建四邊形頂點模型
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}};
//創建頂點緩存
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();
//創建紋理
D3DXCreateTextureFromFile(g_pd3dDevice, "porpcart.jpg", &quadTexture0);
D3DXCreateTextureFromFile(g_pd3dDevice, "luoqi.jpg", &quadTexture1);
//檢測系統是否支持像素著色器
D3DCAPS9 caps;
g_pd3dDevice->GetDeviceCaps(&caps);
if(caps.PixelShaderVersion < D3DPS_VERSION(1, 1))
{
MessageBox(0, "NotSupport Pixel Shader - FAILED", 0, 0);
exit(0);
}
//創建像素著色器
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");
//得到對著色器變量Samp0、Samp0的描述
UINT count;
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp0Handle, & Samp0Desc, &count);
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp1Handle, & Samp1Desc, &count);
//設定各著色器變量為初始值
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();
//為著色器全局變量Scalar賦值
D3DXVECTOR4 scalar(0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f);
pixelConstTable->SetVector(g_pd3dDevice, ScalarHandle, &scalar);
//設置像素著色器
g_pd3dDevice->SetPixelShader(pixelShader);
//設置定點格式、綁定數據流
g_pd3dDevice->SetFVF(D3DFVF_CUSTOMVERTEX);
g_pd3dDevice->SetStreamSource(0, quadVB, 0, sizeof(CUSTOMVERTEX));
//設置第一、二層紋理
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp0Desc.RegisterIndex, quadTexture0);
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp1Desc.RegisterIndex, quadTexture1);
//繪制圖形
g_pd3dDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 2);
g_pd3dDevice->EndScene();
g_pd3dDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
…
程序中像素著色器的使用和之前頂點著色器的使用無二，只是設置著色器中紋理采樣器變量Samp0、Samp1和設定著色器其他變量稍有不同：
1. 首先通過變量名稱得到變量句柄：
Tex0Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, " Samp0");
Tex1Handle = pixelConstTable->GetConstantByName(0, " Samp1");
2. 然后通過句柄得到對變量的描述：
UINT count;
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp0Handle, & Samp0Desc, &count);
pixelConstTable->GetConstantDesc(Samp1Handle, & Samp1Desc, &count);
3.最后通過SetTexture配合所得到的描述信息設置紋理：
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp0Desc.RegisterIndex, quadTexture0);
g_pd3dDevice->SetTexture(Samp1Desc.RegisterIndex, quadTexture1);
編譯運行程序，運行效果如圖3.2，這里我們將顏色混合比例設置為0.5，如果讀者在渲染過程中不斷變換對著色器變量Scalar的賦值，你將會得到一個混合度不斷變換的多紋理效果。
D3DXVECTOR4 scalar(0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f); //讀者可以嘗試改變混合采用的比例值
pixelConstTable->SetVector(g_pd3dDevice, ScalarHandle, &scalar);
紋理一
紋理二
混合后紋理三
圖3.2