DirectX11--深入理解与使用2D纹理资源

前言

写教程到现在,我发现有关纹理资源的一些解说和应用都写的太过分散,导致连我自己找起来都不方便。现在决定把这部分的内容整合起来,尽可能做到一篇搞定所有2D纹理相关的内容,其中包括:

  1. 纹理映射的基础回顾
  2. DirectXTex库中的DDSTextureLoader、WICTextureLoader和ScreenGrab
  3. 2D纹理的一般创建方法
  4. 2D纹理数组的一般创建方法
  5. 2D纹理立方体的一般创建方法
  6. 纹理子资源
  7. 纹理资源的完整复制
  8. 纹理子资源指定区域的复制
  9. 纹理从GPU映射回CPU进行读写
  10. 使用内存初始化纹理
  11. (有待填坑)使用多重采样纹理

DirectX11 With Windows SDK完整目录

Github项目源码

欢迎加入QQ群: 727623616 可以一起探讨DX11,以及有什么问题也可以在这里汇报。

纹理映射的基础回顾

由于内容重复,这里只给出跳转链接:

纹理坐标系

过滤器

对纹理进行采样

DDSTextureLoader和WICTextureLoader库

DDS位图和WIC位图

DDS是一种图片格式,是DirectDraw Surface的缩写,它是DirectX纹理压缩(DirectX Texture Compression,简称DXTC)的产物。由NVIDIA公司开发。大部分3D游戏引擎都可以使用DDS格式的图片用作贴图,也可以制作法线贴图。其中dds格式支持1D纹理、2D纹理、2D纹理数组、2D纹理立方体、3D纹理,支持mipmaps,而且你还可以进行纹理压缩。

WIC(Windows Imaging Component)是一个可以扩展的平台,为数字图像提供底层API,它可以支持bmp、dng、ico、jpeg、png、tiff等格式的位图的编码与解码。

如何添加进你的项目

DirectXTex中打开DDSTextureLoader文件夹和WICTextureLoader文件夹,分别找到对应的头文件和源文件(不带12的),并加入到你的项目中

DDSTextureLoader

CreateDDSTextureFromFile函数--从文件读取DDS纹理

HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const wchar_t* szFileName,              // [In]dds图片文件名
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]输出一个指向资源接口类的指针,也可以填nullptr
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]输出一个指向着色器资源视图的指针,也可以填nullptr
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);  	// [In]忽略
	
HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
	ID3D11Device* d3dDevice,				// [In]D3D设备
	ID3D11DeviceContext* d3dContext,		// [In]D3D设备上下文
	const wchar_t* szFileName,				// [In]dds图片文件名
	ID3D11Resource** texture,				// [Out]输出一个指向资源接口类的指针,也可以填nullptr
	ID3D11ShaderResourceView** textureView,	// [Out]输出一个指向着色器资源视图的指针,也可以填nullptr
	size_t maxsize = 0,						// [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
	DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);	// [In]忽略

第二个重载版本用于为DDS位图生成mipmaps,但大多数情况下你能载入的DDS位图本身都自带mipmaps了,与其运行时生成,不如提前为它制作mipmaps。

CreateDDSTextureFromFileEx函数--从文件读取DDS纹理的增强版

上面两个函数都使用了这个函数,而且如果你想要更强的扩展性,就可以了解一下:

HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
    bool forceSRGB,                         // [In]强制使用SRGB,默认false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可选)
	
HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    ID3D11DeviceContext* d3dContext,        // [In]D3D设备上下文
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
    bool forceSRGB,                         // [In]强制使用SRGB,默认false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可选)

CreateDDSTextureFromMemory函数--从内存创建DDS纹理

这里我只介绍简易版本的,因为跟上面提到的函数差别只是读取来源不一样,其余参数我就不再赘述:

HRESULT CreateDDSTextureFromMemory(
	ID3D11Device* d3dDevice,				// [In]D3D设备
	const uint8_t* ddsData,					// [In]原dds文件读取到的完整二进制流
	size_t ddsDataSize,						// [In]原dds文件的大小
	ID3D11Resource** texture,				// [Out]获取创建好的纹理(可选)
	ID3D11ShaderResourceView** textureView,	// [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
	size_t maxsize = 0,						// [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
	DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);	// [Out]忽略(可选)

如果你需要生成mipmaps,就使用带D3D设备上下文的重载版本。

WICTextureLoader

CreateWICTextureFromFileEx

由于用法上和DDSTextureLoader大同小异,我这里也只提CreateWICTextureFromFileEx函数:

HRESULT CreateWICTextureFromFileEx(
	ID3D11Device* d3dDevice,				// [In]D3D设备
	const wchar_t* szFileName,				// [In]位图文件名
	size_t maxsize,							// [In]限制纹理最大宽高,若超过则内部会缩放,默认0不限制
	D3D11_USAGE usage,						// [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
	unsigned int bindFlags,					// [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
	unsigned int cpuAccessFlags,			// [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
	unsigned int miscFlags,					// [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
	unsigned int loadFlags,					// [In]默认WIC_LOADER_DEAULT
	ID3D11Resource** texture,				// [Out]获取创建好的纹理(可选)
	ID3D11ShaderResourceView** textureView);// [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)

ScreenGrab库

ScreenGrab既可以用于屏幕截屏输出,也可以将你在程序中制作好的纹理输出到文件。

DirectXTex中找到ScreenGrab文件夹,将ScreenGrab.hScreenGrab.cpp加入到你的项目中即可使用。

但为了能保存WIC类别的位图,还需要包含头文件wincodec.h以使用里面一些关于WIC控件的GUID。ScreenGrab的函数位于名称空间DirectX内。

SaveDDSTextureToFile函数--以.dds格式保存纹理

HRESULT SaveDDSTextureToFile(
	ID3D11DeviceContext* pContext,	// [In]设备上下文
	ID3D11Resource* pSource,		// [In]必须为包含ID3D11Texture2D接口类的指针
	const wchar_t* fileName );		// [In]输出文件名

理论上它可以保存纹理、纹理数组、纹理立方体。

SaveWICTextureToFile函数--以指定WIC型别的格式保存纹理

HRESULT SaveWICTextureToFile(
	ID3D11DeviceContext* pContext,	// [In]设备上下文
    ID3D11Resource* pSource,		// [In]必须为包含ID3D11Texture2D接口类的指针
    REFGUID guidContainerFormat, 	// [In]需要转换的图片格式对应的GUID引用
    const wchar_t* fileName,		// [In]输出文件名
    const GUID* targetFormat = nullptr,		// [In]忽略
    std::function<void(IPropertyBag2*)> setCustomProps = nullptr );	// [In]忽略

下表给出了常用的GUID:

GUID 文件格式
GUID_ContainerFormatPng png
GUID_ContainerFormatJpeg jpg
GUID_ContainerFormatBmp bmp
GUID_ContainerFormatTiff tif

这里演示了如何保存后备缓冲区纹理到文件:

ComPtr<ID3D11Texture2D> backBuffer;
// 输出截屏
mSwapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), reinterpret_cast<void**>(backBuffer.GetAddressOf()));
HR(SaveDDSTextureToFile(md3dImmediateContext.Get(), backBuffer.Get(), L"Screenshot\\output.dds"));
HR(SaveWICTextureToFile(md3dImmediateContext.Get(), backBuffer.Get(), GUID_ContainerFormatPng, L"Screenshot\\output.png"));

如果输出的dds文件打开后发现图像质量貌似有问题,你可以检验输出纹理的alpha值(关闭Alpha通道查看位图通常可以恢复正常),也可以尝试用DDSView程序来打开文件观看(图像本身可能没有问题但程序不能完美预览高版本产生的dds文件)。

2D纹理

Direct3D 11允许我们创建1D纹理、2D纹理、3D纹理,分别对应的接口为ID3D11Texture1D, ID3D11Texture2DID3D11Texture3D。创建出来的对象理论上不仅在内存中占用了它的实现类所需空间,还在显存中占用了一定空间以存放纹理的实际数据。

由于实际上我们最常用到的就是2D纹理,因此这里不会讨论1D纹理和3D纹理的内容。

首先让我们看看D3D11对一个2D纹理的描述:

typedef struct D3D11_TEXTURE2D_DESC
{
    UINT Width;         			// 纹理宽度
    UINT Height;        			// 纹理高度
    UINT MipLevels;     			// 允许的Mip等级数
    UINT ArraySize;     			// 可以用于创建纹理数组,这里指定纹理的数目,单个纹理使用1
    DXGI_FORMAT Format; 			// DXGI支持的数据格式,默认DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // MSAA描述
    D3D11_USAGE Usage;  			// 使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    UINT BindFlags;     			// 使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    UINT CPUAccessFlags;    		// 使用D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举来决定CPU访问权限
    UINT MiscFlags;     			// 使用D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举
}   D3D11_TEXTURE2D_DESC;

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC
{
    UINT Count;                     // MSAA采样数
    UINT Quality;                   // MSAA质量等级
} DXGI_SAMPLE_DESC;

这里特别要讲一下MipLevels

  1. 如果你希望它不产生mipmap,则应当指定为1(只包含最大的位图本身)
  2. 如果你希望它能够产生完整的mipmap,可以指定为0,这样你就不需要手工去算这个纹理最大支持的mipmap等级数了,在创建好纹理后,可以再调用ID3D11Texture2D::GetDesc来查看实际的MipLevels值是多少
  3. 如果你指定的是其它的值,这里举个例子,该纹理的宽高为400x400,mip等级为3时,该纹理会产生400x400200x200100x100的mipmap

对于经常作为着色器资源的纹理,通常是不能对其开启MSAA的,应当把Count设为1,Quality设为0

紧接着是DXGI_FORMAT

它用于指定纹理存储的数据格式,最常用的就是DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM了。这种格式在内存的排布可以用下面的结构体表示:

struct {
	uint8_t r;
	uint8_t g;
	uint8_t b;
	uint8_t a;
};

了解这个对我们后期通过内存填充纹理十分重要。

然后是Usage

D3D11_USAGE CPU读 CPU写 GPU读 GPU写
D3D11_USAGE_DEFAULT
D3D11_USAGE_IMMUTABLE
D3D11_USAGE_DYNAMIC
D3D11_USAGE_STAGING

如果一个纹理以D3D11_USAGE_DEFAULT的方式创建,那么它可以使用下面的这些方法来更新纹理:

  1. ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource
  2. ID3D11DeviceContext::CopyResource
  3. ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion

通过DDSTextureLoaderWICTextureLoader创建出来的纹理默认都是这种类型

而如果一个纹理以D3D11_USAGE_IMMUTABLE的方式创建,则必须在创建阶段就完成纹理资源的初始化。此后GPU只能读取,也无法对纹理再进行修改

D3D11_USAGE_DYNAMIC创建的纹理通常需要频繁从CPU写入,使用ID3D11DeviceContext::Map方法将显存映射回内存,经过修改后再调用ID3D11DeviceContext::Unmap方法应用更改。而且它对纹理有诸多的要求,直接从下面的ERROR可以看到:
D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateTexture2D: A D3D11_USAGE_DYNAMIC Resource must have ArraySize equal to 1. [ STATE_CREATION ERROR #101: CREATETEXTURE2D_INVALIDDIMENSIONS]
D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateTexture2D: A D3D11_USAGE_DYNAMIC Resource must have MipLevels equal to 1. [ STATE_CREATION ERROR #102: CREATETEXTURE2D_INVALIDMIPLEVELS]

上面说到,纹理只能是单个,不能是数组,且mip等级只能是1,即不能有mipmaps

D3D11_USAGE_STAGING则完全允许在CPU和GPU之间的数据传输,但它只能作为一个类似中转站的资源,而不能绑定到渲染管线上,即你也不能用该纹理生成mipmaps。比如说有一个D3D11_USAGE_DEFAULT你想要从显存拿到内存,只能通过它以ID3D11DeviceContext::CopyResource或者ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion方法来复制一份到本纹理,然后再通过ID3D11DeviceContext::Map方法取出到内存。

现在来到BindFlags

以下是和纹理有关的D3D11_BIND_FLAG枚举成员:

D3D11_BIND_FLAG 描述
D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE 纹理可以作为着色器资源绑定到渲染管线
D3D11_BIND_STREAM_OUTPUT 纹理可以作为流输出阶段的输出点
D3D11_BIND_RENDER_TARGET 纹理可以作为渲染目标的输出点,并且指定它可以用于生成mipmaps
D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL 纹理可以作为深度/模板缓冲区
D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS 纹理可以绑定到无序访问视图作为输出

再看看CPUAccessFlags

D3D11_CPU_ACCESS_FLAG 描述
D3D11_CPU_ACCESS_WRITE 允许通过映射方式从CPU写入,它不能作为管线的输出,且只能用于D3D11_USAGE_DYNAMICD3D11_USAGE_STAGING绑定的资源
D3D11_CPU_ACCESS_READ 允许通过映射方式给CPU读取,它不能作为管线的输入或输出,且只能用于D3D11_USAGE_STAGING绑定的资源

可以用按位或的方式同时指定上述枚举值,如果该flag设为0可以获得更好的资源优化操作。

最后是和纹理相关的MiscFlags

D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG 描述
D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS 允许通过ID3D11DeviceContext::GenerateMips方法生成mipmaps
D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE 允许该纹理作为纹理立方体使用,要求必须是至少包含6个纹理的Texture2DArray

ID3D11Device::CreateTexture2D--创建一个2D纹理

填充好D3D11_TEXTURE2D_DESC后,你才可以用它创建一个2D纹理:

HRESULT ID3D11Device::CreateTexture2D( 
    const D3D11_TEXTURE2D_DESC *pDesc,          // [In] 2D纹理描述信息
    const D3D11_SUBRESOURCE_DATA *pInitialData, // [In] 用于初始化的资源
    ID3D11Texture2D **ppTexture2D);             // [Out] 获取到的2D纹理

过程我就不演示了。

2D纹理的资源视图(以着色器资源视图为例)

创建好纹理后,我们还需要让它绑定到资源视图,然后再让该资源视图绑定到渲染管线的指定阶段。

D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC的定义如下:

typedef struct D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC
    {
    DXGI_FORMAT Format;
    D3D11_SRV_DIMENSION ViewDimension;
    union 
        {
        D3D11_BUFFER_SRV Buffer;
        D3D11_TEX1D_SRV Texture1D;
        D3D11_TEX1D_ARRAY_SRV Texture1DArray;
        D3D11_TEX2D_SRV Texture2D;
        D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV Texture2DArray;
        D3D11_TEX2DMS_SRV Texture2DMS;
        D3D11_TEX2DMS_ARRAY_SRV Texture2DMSArray;
        D3D11_TEX3D_SRV Texture3D;
        D3D11_TEXCUBE_SRV TextureCube;
        D3D11_TEXCUBE_ARRAY_SRV TextureCubeArray;
        D3D11_BUFFEREX_SRV BufferEx;
        } 	;
    } 	D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC;
};

其中Format要和纹理创建时的Format一致,对于2D纹理来说,应当指定D3D11_SRV_DIMENSIOND3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D

然后D3D11_TEX2D_SRV结构体定义如下:

typedef struct D3D11_TEX2D_SRV
{
    UINT MostDetailedMip;
    UINT MipLevels;
} 	D3D11_TEX2D_SRV;

通过MostDetailedMap我们可以指定开始使用的纹理子资源,MipLevels则指定使用的子资源数目。如果要使用完整mipmaps,则需要指定MostDetailedMap为0, MipLevels为-1.

例如我想像下图那样使用mip等级为1到2的纹理子资源,可以指定MostDetailedMip为1,MipLevels为2.

创建着色器资源视图的演示如下:

D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc;
srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
srvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
srvDesc.Texture2D.MostDetailedMip = 0;
HR(md3dDevice->CreateShaderResourceView(tex.Get(), &srvDesc, texSRV.GetAddressOf()));

ID3D11DeviceContext::*SSetShaderResources方法--设置着色器资源

我们创建着色器资源的目的就是以它作为媒介,传递给着色器使用。上面打*意味着渲染管线的所有可编程着色器阶段都有该方法。

此外,着色器资源视图不仅可以绑定纹理资源,还可以绑定缓冲区资源。

目前在DDSTextureLoaderWICTextureLoader中,我们只需要用到纹理的着色器资源。这里以ID3D11DeviceContext::PSSetShaderResources为例:

void ID3D11DeviceContext::PSSetShaderResources(
	UINT StartSlot,	// [In]起始槽索引,对应HLSL的register(t*)
	UINT NumViews,	// [In]着色器资源视图数目
	ID3D11ShaderResourceView * const *ppShaderResourceViews	// [In]着色器资源视图数组
);

纹理子资源(Texture Subresources)

通常我们将可能包含mipmaps的纹理称作纹理,那么纹理子资源实际上指的就是其中的一个mip等级对应的2维数组(针对2维纹理来说)。比如512x512的纹理加载进来包含的mipmap等级数(Mipmap Levels)为10,包含了从512x512, 256x256, 128x128...到1x1的10个二维数组颜色数据,这十个纹理子资源在纹理中的内存是相对紧凑的。

例如:上述纹理(R8G8B8A8格式) mip等级为1的纹理子资源首元素地址 为 从mip等级为0的纹理子资源首元素地址再偏移512x512x4字节的地址。

Direct3D API使用Mip切片(Mip slice)来指定某一mip等级的纹理子资源,也有点像索引。比如mip slice值为0时,对应的是512x512的纹理,而mip slice值1对应的是256x256,以此类推。

描述一个纹理子资源的两种结构体:D3D11_SUBRESOURCE_DATA 和 D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE

如果你想要为2D纹理进行初始化,那么你要接触到的结构体类型为D3D11_SUBRESOURCE_DATA。定义如下:

typedef struct D3D11_SUBRESOURCE_DATA
{
    const void *pSysMem;	// 用于初始化的数据
    UINT SysMemPitch;		// 当前子资源一行所占的字节数(2D/3D纹理使用)
    UINT SysMemSlicePitch;	// 当前子资源一个完整切片所占的字节数(仅3D纹理使用)
} 	D3D11_SUBRESOURCE_DATA;

而如果你使用的是ID3D11DeviceContext::Map方法来获取一个纹理子资源,那么获取到的是D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE,其定义如下:

typedef struct D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE {
    void *pData;		// 映射到内存的数据or需要提交的地址范围
    UINT RowPitch;		// 当前子资源一行所占的字节数(2D/3D纹理有意义)
    UINT DepthPitch;	// 当前子资源一个完整切片所占的字节数(仅3D纹理有意义)
} D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE;

若一张512x512的纹理(R8G8B8A8),那么它的RowPitch为512x4=2048字节,同理在初始化一个512x512的纹理(R8G8B8A8),它的RowPitch有可能为512x4=2048字节。

注意:在运行的时候,RowPitchDepthPitch有可能会比你所期望的值更大一些,因为在每一行的数据之间有可能会填充数据进去以对齐。

通常情况下我们希望读出来的RGBA是连续的,然而下述映射回内存的做法是错误的,因为每一行的数据都有填充,读出来的话你可能会发现图像会有错位:

std::vector<unsigned char> imageData;
m_pd3dImmediateContext->Map(texOutputCopy.Get(), 0, D3D11_MAP_READ, 0, &mappedData);
memcpy_s(imageData.data(), texWidth * texHeight * 4, mappedData.pData, texWidth * texHeight * 4);
m_pd3dImmediateContext->Unmap(texOutputCopy.Get(), 0);

下面的读取方式才是正确的:

std::vector<unsigned char> imageData;
m_pd3dImmediateContext->Map(texOutputCopy.Get(), 0, D3D11_MAP_READ, 0, &mappedData);
unsigned char* pData = reinterpret_cast<unsigned char*>(mappedData.pData);
for (UINT i = 0; i < texHeight; ++i)
{
    memcpy_s(&imageData[i * texWidth * 4], texWidth * 4, pData, texWidth * 4);
    pData += mappedData.RowPitch;
}
m_pd3dImmediateContext->Unmap(texOutputCopy.Get(), 0);

获取一份不允许CPU读写的纹理到内存中

通常这种资源的类型有可能是D3D11_USAGE_IMMUTABLE或者D3D11_USAGE_DEFAULT。我们需要按下面的步骤进行:

  1. 创建一个D3D11_USAGE_STAGING的纹理,指定CPU读取权限,纹理宽高一致,Mip等级和数组大小都为1;
  2. 进行内存映射,然后使用ID3D11DeviceContext::CopyResource方法拷贝一份到我们新创建的纹理,注意需要严格按照上面提到的读取方式进行读取,最后解除映射。

ID3D11DeviceContext::CopyResource方法--复制一份资源

该方法通过GPU将一份完整的源资源复制到目标资源:

void ID3D11DeviceContext::CopyResource(
	ID3D11Resource *pDstResource,	// [InOut]目标资源
	ID3D11Resource *pSrcResource	// [In]源资源
);

但是需要注意:

  1. 不支持以D3D11_USAGE_IMMUTABLE创建的目标资源
  2. 两者资源类型要一致
  3. 两者不能是同一个指针
  4. 要有一样的维度(包括宽度,高度,深度,大小)
  5. 要有兼容的DXGI格式,两者格式最好是能相同,或者至少是相同的组别,比如DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT,DXGI_FORMAT_R32G32B32_UINTDXGI_FORMAT_R32G32B32_TYPELESS相互间就可以复制。
  6. 两者任何一个在调用该方法的时候不能被映射(先前调用过ID3D11DeviceContext::Map方法又没有Unmap)
  7. 允许深度/模板缓冲区作为源或目标资源

通过内存初始化纹理

现在我们尝试通过代码的形式来创建一个纹理(以项目09作为修改),代码如下:

uint32_t ColorRGBA(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint8_t a)
{
	return (r | (g << 8) | (b << 16) | (a << 24));
}


bool GameApp::InitResource()
{
	uint32_t black = ColorRGBA(0, 0, 0, 255), orange = ColorRGBA(255, 108, 0, 255);

	// 纹理内存映射,用黑色初始化
	std::vector<uint32_t> textureMap(128 * 128, black);
	uint32_t(*textureMap)[128] = reinterpret_cast<uint32_t(*)[128]>(textureArrayMap.data());

	for (int y = 7; y <= 17; ++y)
		for (int x = 25 - y; x <= 102 + y; ++x)
			textureMap[y][x] = textureMap[127 - y][x] = orange;

	for (int y = 18; y <= 109; ++y)
		for (int x = 7; x <= 120; ++x)
			textureMap[y][x] = orange;

	// 创建纹理
	D3D11_TEXTURE2D_DESC texDesc;
	texDesc.Width = 128;
	texDesc.Height = 128;
	texDesc.MipLevels = 1;
	texDesc.ArraySize = 1;
	texDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
	texDesc.SampleDesc.Count = 1;		// 不使用多重采样
	texDesc.SampleDesc.Quality = 0;
	texDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
	texDesc.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
	texDesc.CPUAccessFlags = 0;
	texDesc.MiscFlags = 0;	// 指定需要生成mipmap

	D3D11_SUBRESOURCE_DATA sd;
	uint32_t * pData = textureMap.data();
	sd.pSysMem = pData;
	sd.SysMemPitch = 128 * sizeof(uint32_t);
	sd.SysMemSlicePitch = 128 * 128 * sizeof(uint32_t);


	ComPtr<ID3D11Texture2D> tex;
	HR(m_pd3dDevice->CreateTexture2D(&texDesc, &sd, tex.GetAddressOf()));

	D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc;
	srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
	srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
	srvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
	srvDesc.Texture2D.MostDetailedMip = 0;
	HR(m_pd3dDevice->CreateShaderResourceView(tex.Get(), &srvDesc, m_pTexSRV.GetAddressOf()));
	
	// ...
}

其它部分的代码修改就不讲了,最终效果如下:

但是如果你想要以初始化的方式来创建带mipmap的Texture2D纹理,则在初始化的时候需要提供D3D11_SUBRESOURCE_DATA数组,元素数目为MipLevels.

再或者如果你是要以初始化的方式来创建带mipmap的Texture2D纹理数组,则提供的元素数目为MipLevels * ArraySize.

2D纹理数组

之前提到,D3D11_TEXTURE2D_DESC中可以通过指定ArraySize的值来将其创建为纹理数组。

HLSL中的2D纹理数组

首先来到HLSL代码,我们之所以不使用下面的这种形式创建纹理数组:

Texture2D gTexArray[7] : register(t0);

// 像素着色器
float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target
{
    float4 texColor = gTexArray[gTexIndex].Sample(gSam, float2(pIn.Tex));
    return texColor;
}

是因为这样做的话HLSL编译器会报错:sampler array index must be a literal experssion,即pin.PrimID的值也必须是个字面值,而不是变量。但我们还是想要能够根据变量取对应纹理的能力。

正确的做法应当是声明一个Texture2DArray的数组:

Texture2DArray gTexArray : register(t0);

Texture2DArray同样也具有Sample方法,用法示例如下:

// 像素着色器
float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target
{
    float4 texColor = gTexArray.Sample(gSam, float3(pIn.Tex, gTexIndex));
    return texColor;
}

Sample方法的第一个参数依然是采样器

而第二个参数则是一个3D向量,其中x与y的值对应的还是纹理坐标,而z分量即便是个float,主要是用于作为索引值选取纹理数组中的某一个具体纹理。同理索引值0对应纹理数组的第一张纹理,1对应的是第二张纹理等等...

使用纹理数组的优势是,我们可以一次性预先创建好所有需要用到的纹理,并绑定到HLSL的纹理数组中,而不需要每次都重新绑定一个纹理。然后我们再使用索引值来访问纹理数组中的某一纹理。

D3D11CalcSubresource函数--计算子资源的索引值

对于纹理数组,每个元素都会包含同样的mip等级数。Direct3D API使用数组切片(array slice)来访问不同纹理,也是相当于索引。这样我们就可以把所有的纹理资源用下面的图来表示,假定下图有4个纹理,每个纹理包含3个子资源,则当前指定的是Array Slice为2,Mip Slice为1的子资源。

然后给定当前纹理数组每个纹理的mipmap等级数(Mipmap Levels),数组切片(Array Slice)和Mip切片(Mip Slice),我们就可以用下面的函数来求得指定子资源的索引值:

inline UINT D3D11CalcSubresource(UINT MipSlice, UINT ArraySlice, UINT MipLevels )
{ return MipSlice + ArraySlice * MipLevels; }

创建一个纹理数组

现在我们手头上仅有的就是DDSTextureLoader.hWICTextureLoader.h中的函数,但这里面的函数每次都只能加载一张纹理。我们还需要修改龙书样例中读取纹理的函数,具体的操作顺序如下:

  1. 读取第一个存有纹理的文件,得到ID3D11Texture2D对象,并通过GetDesc获取信息;
  2. 创建一个ID3D11Texture2D对象,它同时也是一个纹理数组;
  3. 读取下一个纹理文件,然后检查宽高、数据格式等属性是否相同,再将其复制到该纹理数组中。重复直到所有纹理读取完毕;
  4. 为该纹理数组对象创建创建一个纹理资源视图(Shader Resource View)。

d3dUtil.h中实现了这样一个函数:

// ------------------------------
// CreateTexture2DArrayFromFile函数
// ------------------------------
// 该函数要求所有纹理的宽高、数据格式、mip等级一致
// [In]d3dDevice			D3D设备
// [In]d3dDeviceContext		D3D设备上下文
// [In]fileNames			dds文件名数组
// [OutOpt]textureArray		输出的纹理数组资源
// [OutOpt]textureArrayView 输出的纹理数组资源视图
// [In]generateMips			是否生成mipmaps
HRESULT CreateTexture2DArrayFromFile(
	ID3D11Device* d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext* d3dDeviceContext,
	const std::vector<std::wstring>& fileNames,
	ID3D11Texture2D** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
	bool generateMips = false);

在了解完整实现前你需要下面这些内容:

ID3D11DeviceContext::Map函数--获取指向子资源中数据的指针并拒绝GPU对该子资源的访问

HRESULT ID3D11DeviceContext::Map(
    ID3D11Resource           *pResource,          // [In]包含ID3D11Resource接口的资源对象
    UINT                     Subresource,         // [In]子资源索引
    D3D11_MAP                MapType,             // [In]D3D11_MAP枚举值,指定读写相关操作
    UINT                     MapFlags,            // [In]填0,忽略
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE *pMappedResource     // [Out]获取到的已经映射到内存的子资源
);

D3D11_MAP枚举值类型的成员如下:

D3D11_MAP成员 含义
D3D11_MAP_READ 映射到内存的资源用于读取。该资源在创建的时候必须绑定了
D3D11_CPU_ACCESS_READ标签
D3D11_MAP_WRITE 映射到内存的资源用于写入。该资源在创建的时候必须绑定了
D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签
D3D11_MAP_READ_WRITE 映射到内存的资源用于读写。该资源在创建的时候必须绑定了
D3D11_CPU_ACCESS_READ和D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签
D3D11_MAP_WRITE_DISCARD 映射到内存的资源用于写入,之前的资源数据将会被抛弃。该
资源在创建的时候必须绑定了D3D11_CPU_ACCESS_WRITE和
D3D11_USAGE_DYNAMIC标签
D3D11_MAP_WRITE_NO_OVERWRITE 映射到内存的资源用于写入,但不能复写已经存在的资源。
该枚举值只能用于顶点/索引缓冲区。该资源在创建的时候需要
有D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签,在Direct3D 11不能用于
设置了D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER标签的资源,但在
11.1后可以。具体可以查阅MSDN文档

ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource函数[2]--将内存数据拷贝到不可进行映射的子资源中,再从GPU拷贝到目标子资源

这个函数在之前我们主要是用来将内存数据拷贝到常量缓冲区中,现在我们也可以用它将内存数据拷贝到纹理的子资源当中:

void ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource(
  ID3D11Resource  *pDstResource,    // [In]目标资源对象
  UINT            DstSubresource,   // [In]对于2D纹理来说,该参数为指定Mip等级的子资源
  const D3D11_BOX *pDstBox,			// [In]这里通常填nullptr,或者拷贝的数据宽高比当前子资源小时可以指定范围	
  const void      *pSrcData,        // [In]用于拷贝的内存数据
  UINT            SrcRowPitch,      // [In]该2D纹理的 宽度*数据格式的位数
  UINT            SrcDepthPitch     // [In]对于2D纹理来说并不需要用到该参数,因此可以任意设置
);

ID3D11DeviceContext::Unmap函数--让指向资源的指针无效并重新启用GPU对该资源的访问权限

void ID3D11DeviceContext::Unmap(
    ID3D11Resource *pResource,      // [In]包含ID3D11Resource接口的资源对象
    UINT           Subresource      // [In]需要取消的子资源索引
);

D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV结构体

在创建着色器目标视图时,你还需要填充共用体中的D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV结构体:

typedef struct D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV
{
    UINT MostDetailedMip;		
    UINT MipLevels;
    UINT FirstArraySlice;
    UINT ArraySize;
} 	D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV;

通过FirstArraySlice我们可以指定开始使用的纹理,ArraySize则指定使用的纹理数目。

例如我想指定像上面那样的范围,可以指定FirstArraySlice为1,ArraySize为2,MostDetailedMip为1,MipLevels为2.

ID3D11DeviceContext::GenerateMips--为纹理资源视图绑定的所有纹理创建完整的mipmap链

由于通过该函数读取进来的纹理mip等级可能只有1,如果还需要创建mipmap链的话,还需要用到下面的方法。

void ID3D11DeviceContext::GenerateMips(
  ID3D11ShaderResourceView *pShaderResourceView	// [In]需要创建mipamp链的SRV
);

比如一张1024x1024的纹理,经过该方法调用后,就会生成剩余的512x512, 256x256 ... 1x1的子纹理资源,加起来一共是11级mipmap。

在调用该方法之前,需要做好大量的准备:

  1. 在创建2D纹理资源时,UsageD3D11_USAGE_DEFAULT以允许GPU写入,BindFlags要绑定D3D11_BIND_RENDER_TARGETD3D11_BIND_SHADER_RESOURCEMiscFlags设置D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS枚举值,mipLevels设置为0使得在创建纹理的时候会自动预留出其余mipLevel所需要用到的内存大小。
  2. 如果是2D纹理,将图片的RGBA数据写入到子资源0中。此时创建好的纹理,子资源0为图片内容,其余子资源为黑色。如果是2D纹理数组,你可以利用D3D11CalcSubresource为所有纹理元素的首mipLevel来填充图片。
  3. 为该2D纹理资源创建着色器资源视图,指定MostDetailedMip为0,MipLevels为-1以访问完整mipmaps。

做好这些准备后你才可以调用GenerateMips,否则可能会产生异常。

CreateTexture2DArrayFromFile完整实现如下:

HRESULT CreateTexture2DArrayFromFile(
	ID3D11Device* d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext* d3dDeviceContext,
	const std::vector<std::wstring>& fileNames,
	ID3D11Texture2D** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
	bool generateMips)
{
	// 检查设备、文件名数组是否非空
	if (!d3dDevice || fileNames.empty())
		return E_INVALIDARG;

	HRESULT hr;
	UINT arraySize = (UINT)fileNames.size();

	// ******************
	// 读取第一个纹理
	//
	ID3D11Texture2D* pTexture;
	D3D11_TEXTURE2D_DESC texDesc;

	hr = CreateDDSTextureFromFileEx(d3dDevice,
		fileNames[0].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
		D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ,
		0, false, reinterpret_cast<ID3D11Resource**>(&pTexture), nullptr);
	if (FAILED(hr))
	{
		hr = CreateWICTextureFromFileEx(d3dDevice,
			fileNames[0].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
			D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ,
			0, false, reinterpret_cast<ID3D11Resource**>(&pTexture), nullptr);
	}

	if (FAILED(hr))
		return hr;

	// 读取创建好的纹理信息
	pTexture->GetDesc(&texDesc);

	// ******************
	// 创建纹理数组
	//
	D3D11_TEXTURE2D_DESC texArrayDesc;
	texArrayDesc.Width = texDesc.Width;
	texArrayDesc.Height = texDesc.Height;
	texArrayDesc.MipLevels = generateMips ? 0 : texDesc.MipLevels;
	texArrayDesc.ArraySize = arraySize;
	texArrayDesc.Format = texDesc.Format;
	texArrayDesc.SampleDesc.Count = 1;		// 不能使用多重采样
	texArrayDesc.SampleDesc.Quality = 0;
	texArrayDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
	texArrayDesc.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE | (generateMips ? D3D11_BIND_RENDER_TARGET : 0);
	texArrayDesc.CPUAccessFlags = 0;
	texArrayDesc.MiscFlags = (generateMips ? D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS : 0);

	ID3D11Texture2D* pTexArray = nullptr;
	hr = d3dDevice->CreateTexture2D(&texArrayDesc, nullptr, &pTexArray);
	if (FAILED(hr))
	{
		SAFE_RELEASE(pTexture);
		return hr;
	}

	// 获取实际创建的纹理数组信息
	pTexArray->GetDesc(&texArrayDesc);
	UINT updateMipLevels = generateMips ? 1 : texArrayDesc.MipLevels;

	// 写入到纹理数组第一个元素
	D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedTex2D;
	for (UINT i = 0; i < updateMipLevels; ++i)
	{
		d3dDeviceContext->Map(pTexture, i, D3D11_MAP_READ, 0, &mappedTex2D);
		d3dDeviceContext->UpdateSubresource(pTexArray, i, nullptr,
			mappedTex2D.pData, mappedTex2D.RowPitch, mappedTex2D.DepthPitch);
		d3dDeviceContext->Unmap(pTexture, i);
	}
	SAFE_RELEASE(pTexture);

	// ******************
	// 读取剩余的纹理并加载入纹理数组
	//
	D3D11_TEXTURE2D_DESC currTexDesc;
	for (UINT i = 1; i < texArrayDesc.ArraySize; ++i)
	{
		hr = CreateDDSTextureFromFileEx(d3dDevice,
			fileNames[0].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
			D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ,
			0, false, reinterpret_cast<ID3D11Resource**>(&pTexture), nullptr);
		if (FAILED(hr))
		{
			hr = CreateWICTextureFromFileEx(d3dDevice,
				fileNames[0].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
				D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ,
				0, WIC_LOADER_DEFAULT, reinterpret_cast<ID3D11Resource**>(&pTexture), nullptr);
		}

		if (FAILED(hr))
		{
			SAFE_RELEASE(pTexArray);
			return hr;
		}

		pTexture->GetDesc(&currTexDesc);
		// 需要检验所有纹理的mipLevels,宽度和高度,数据格式是否一致,
		// 若存在数据格式不一致的情况,请使用dxtex.exe(DirectX Texture Tool)
		// 将所有的图片转成一致的数据格式
		if (currTexDesc.MipLevels != texDesc.MipLevels || currTexDesc.Width != texDesc.Width ||
			currTexDesc.Height != texDesc.Height || currTexDesc.Format != texDesc.Format)
		{
			SAFE_RELEASE(pTexArray);
			SAFE_RELEASE(pTexture);
			return E_FAIL;
		}
		// 写入到纹理数组的对应元素
		for (UINT j = 0; j < updateMipLevels; ++j)
		{
			// 允许映射索引i纹理中,索引j的mipmap等级的2D纹理
			d3dDeviceContext->Map(pTexture, j, D3D11_MAP_READ, 0, &mappedTex2D);
			d3dDeviceContext->UpdateSubresource(pTexArray,
				D3D11CalcSubresource(j, i, texArrayDesc.MipLevels),	// i * mipLevel + j
				nullptr, mappedTex2D.pData, mappedTex2D.RowPitch, mappedTex2D.DepthPitch);
			// 停止映射
			d3dDeviceContext->Unmap(pTexture, j);
		}
		SAFE_RELEASE(pTexture);
	}

	// ******************
	// 必要时创建纹理数组的SRV
	//
	if (generateMips || textureArrayView)
	{
		D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC viewDesc;
		viewDesc.Format = texArrayDesc.Format;
		viewDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2DARRAY;
		viewDesc.Texture2DArray.MostDetailedMip = 0;
		viewDesc.Texture2DArray.MipLevels = -1;
		viewDesc.Texture2DArray.FirstArraySlice = 0;
		viewDesc.Texture2DArray.ArraySize = arraySize;

		ID3D11ShaderResourceView* pTexArraySRV;
		hr = d3dDevice->CreateShaderResourceView(pTexArray, &viewDesc, &pTexArraySRV);
		if (FAILED(hr))
		{
			SAFE_RELEASE(pTexArray);
			return hr;
		}

		// 生成mipmaps
		if (generateMips)
		{
			d3dDeviceContext->GenerateMips(pTexArraySRV);
		}

		if (textureArrayView)
			*textureArrayView = pTexArraySRV;
		else
			SAFE_RELEASE(pTexArraySRV);
	}

	if (textureArray)
		*textureArray = pTexArray;
	else
		SAFE_RELEASE(pTexArray);

	return S_OK;
}

2D纹理立方体

2D纹理立方体的实际上是在以2D纹理数组资源的基础上创建出来的着色器纹理资源视图,通过视图指定哪6个连续的纹理作为纹理立方体。这也意味着你可以在一个2D纹理数组上创建多个纹理立方体。

Direct3D提供了枚举类型D3D11_TEXTURECUBE_FACE来标识立方体某一表面:

typedef enum D3D11_TEXTURECUBE_FACE {
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_X = 0,
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_X = 1,
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_Y = 2,
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_Y = 3,
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_Z = 4,
	D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_Z = 5
} D3D11_TEXTURECUBE_FACE;

可以看出:

  1. 索引0指向+X表面;
  2. 索引1指向-X表面;
  3. 索引2指向+Y表面;
  4. 索引3指向-Y表面;
  5. 索引4指向+Z表面;
  6. 索引5指向-Z表面;

使用立方体映射意味着我们需要使用3D纹理坐标进行寻址,通过向量的形式来指定使用立方体某个表面的其中一点。

在HLSL中,立方体纹理用TextureCube来表示。

创建一个纹理立方体

对于创建好的DDS立方体纹理,我们只需要使用DDSTextureLoader就可以很方便地读取进来:

HR(CreateDDSTextureFromFile(
	device.Get(), 
	cubemapFilename.c_str(), 
	nullptr, 
	textureCubeSRV.GetAddressOf()));

然而从网络上能够下到的天空盒资源经常要么是一张天空盒贴图,要么是六张天空盒的正方形贴图,用DXTex导入还是比较麻烦的一件事情。我们也可以自己编写代码来构造立方体纹理。

将一张天空盒贴图转化成立方体纹理需要经历以下4个步骤:

  1. 读取天空盒的贴图
  2. 创建包含6个纹理的数组
  3. 选取原天空盒纹理的6个子正方形区域,拷贝到该数组中
  4. 创建立方体纹理的SRV

而将六张天空盒的正方形贴图转换成立方体需要经历这4个步骤:

  1. 读取这六张正方形贴图
  2. 创建包含6个纹理的数组
  3. 将这六张贴图完整地拷贝到该数组中
  4. 创建立方体纹理的SRV

可以看到这两种类型的天空盒资源在处理上有很多相似的地方。

// ------------------------------
// CreateWICTexture2DCubeFromFile函数
// ------------------------------
// 根据给定的一张包含立方体六个面的位图,创建纹理立方体
// 要求纹理宽高比为4:3,且按下面形式布局:
// .  +Y .  .
// -X +Z +X -Z 
// .  -Y .  .
// [In]d3dDevice			D3D设备
// [In]d3dDeviceContext		D3D设备上下文
// [In]cubeMapFileName		位图文件名
// [OutOpt]textureArray		输出的纹理数组资源
// [OutOpt]textureCubeView	输出的纹理立方体资源视图
// [In]generateMips			是否生成mipmaps
HRESULT CreateWICTexture2DCubeFromFile(
	ID3D11Device * d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
	const std::wstring& cubeMapFileName,
	ID3D11Texture2D** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView** textureCubeView,
	bool generateMips = false);

// ------------------------------
// CreateWICTexture2DCubeFromFile函数
// ------------------------------
// 根据按D3D11_TEXTURECUBE_FACE索引顺序给定的六张纹理,创建纹理立方体
// 要求位图是同样宽高、数据格式的正方形
// 你也可以给定超过6张的纹理,然后在获取到纹理数组的基础上自行创建更多的资源视图
// [In]d3dDevice			D3D设备
// [In]d3dDeviceContext		D3D设备上下文
// [In]cubeMapFileNames		位图文件名数组
// [OutOpt]textureArray		输出的纹理数组资源
// [OutOpt]textureCubeView	输出的纹理立方体资源视图
// [In]generateMips			是否生成mipmaps
HRESULT CreateWICTexture2DCubeFromFile(
	ID3D11Device * d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
	const std::vector<std::wstring>& cubeMapFileNames,
	ID3D11Texture2D** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView** textureCubeView,
	bool generateMips = false);

从完整天空盒位图生成纹理立方体的实现

现在我们要将位图读进来,这是读取一张完整天空盒的实现版本的开头

HRESULT CreateWICTexture2DCubeFromFile(
	ID3D11Device * d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
	const std::wstring & cubeMapFileName,
	ID3D11Texture2D ** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView ** textureCubeView,
	bool generateMips)
{
	// 检查设备、设备上下文是否非空
	// 纹理数组和纹理立方体视图只要有其中一个非空即可
	if (!d3dDevice || !d3dDeviceContext || !(textureArray || textureCubeView))
		return E_INVALIDARG;

	// ******************
	// 读取天空盒纹理
	//

	ID3D11Texture2D* srcTex = nullptr;
	ID3D11ShaderResourceView* srcTexSRV = nullptr;

	// 该资源用于GPU复制
	HRESULT hResult = CreateWICTextureFromFileEx(d3dDevice,
		d3dDeviceContext,
		cubeMapFileName.c_str(),
		0,
		D3D11_USAGE_DEFAULT,
		D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE | (generateMips ? D3D11_BIND_RENDER_TARGET : 0),
		0,
		(generateMips ? D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS : 0),
		WIC_LOADER_DEFAULT,
		(ID3D11Resource**)&srcTex,
		(generateMips ? &srcTexSRV : nullptr));

	// 文件未打开
	if (FAILED(hResult))
	{
		return hResult;
	}
	
	// ...

现在我们可以利用CreateWICTextureFromFileEx函数内部帮我们预先生成mipmaps,必须要同时提供d3dDeviceContextsrcTexSRV才能生成。

而且关于纹理的拷贝操作可以不需要从GPU读到CPU再进行,而是直接在GPU之间进行拷贝,因此可以将usage设为D3D11_USAGE_DEFAULTcpuAccessFlags设为0.

接下来需要创建一个新的纹理数组。首先需要填充D3D11_TEXTURE2D_DESC结构体内容,这里的大部分参数可以从天空盒纹理取得。

对于mip等级需要特别处理,比如一个4096x3072的完整天空盒位图,其生成的mip等级是13,但是对于里面的1024x1024立方体表面,其生成的mip等级是11,可以得到这样的一个关系:纹理数组的mip等级比读进来的天空盒位图mip等级少2.

	UINT squareLength = texDesc.Width / 4;
	texArrayDesc.Width = squareLength;
	texArrayDesc.Height = squareLength;
	texArrayDesc.MipLevels = (generateMips ? texDesc.MipLevels - 2 : 1);	// 立方体的mip等级比整张位图的少2
	texArrayDesc.ArraySize = 6;
	texArrayDesc.Format = texDesc.Format;
	texArrayDesc.SampleDesc.Count = 1;
	texArrayDesc.SampleDesc.Quality = 0;
	texArrayDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
	texArrayDesc.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
	texArrayDesc.CPUAccessFlags = 0;
	texArrayDesc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE;	// 允许从中创建TextureCube
	
	ID3D11Texture2D* texArray = nullptr;
	hResult = d3dDevice->CreateTexture2D(&texArrayDesc, nullptr, &texArray);
	if (FAILED(hResult))
	{
		SAFE_RELEASE(srcTex);
		SAFE_RELEASE(srcTexSRV);
		return hResult;
	}

D3D11_BIND_SHADER_RESOURCED3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE的标签记得不要遗漏。

D3D11_BOX结构体

现在我们需要对源位图进行节选,但节选之前,首先我们需要了解定义3D盒的结构体D3D11_BOX

typedef struct D3D11_BOX {
	UINT left;	
	UINT top;
	UINT front;
	UINT right;
	UINT bottom;
	UINT back;
} D3D11_BOX;

3D box使用的是下面的坐标系,和纹理坐标系很像:

由于选取像素采用的是半开半闭区间,如[left, right),在指定left, top, front的值时会选到该像素,而不对想到right, bottom, back对应的像素。

对于1D纹理来说,是没有Y轴和Z轴的,因此需要令front=0, back=1, top=0, bottom=1才能表示当前的1D纹理,如果出现像back和front相等的情况,则不会选到任何的纹理像素区间。

而2D纹理没有Z轴,在选取像素区域前需要置front=0, back=1

3D纹理(体积纹理)可以看做一系列纹理的堆叠,因此frontback可以用来选定哪些纹理需要节选。

ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion方法--从指定资源选取区域复制到目标资源特定区域

void ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion(
	ID3D11Resource  *pDstResource,	// [In/Out]目标资源
	UINT            DstSubresource,	// [In]目标子资源索引
	UINT            DstX,			// [In]目标起始X值
	UINT            DstY,			// [In]目标起始Y值
	UINT            DstZ,			// [In]目标起始Z值
	ID3D11Resource  *pSrcResource,	// [In]源资源
	UINT            SrcSubresource,	// [In]源子资源索引
	const D3D11_BOX *pSrcBox		// [In]指定复制区域
);

例如现在我们要将该天空盒的+X面对应的mipmap链拷贝到ArraySlice为0(即D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_X)的目标资源中,则可以像下面这样写:

	D3D11_BOX box;
	// box坐标轴如下: 
	//    front
	//   / 
	//  /_____right
	//  |
	//  |
	//  bottom
	box.front = 0;
	box.back = 1;

	for (UINT i = 0; i < texArrayDesc.MipLevels; ++i)
	{
		// +X面拷贝
		box.left = squareLength * 2;
		box.top = squareLength;
		box.right = squareLength * 3;
		box.bottom = squareLength * 2;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_X, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);
			
		// -X面拷贝
		box.left = 0;
		box.top = squareLength;
		box.right = squareLength;
		box.bottom = squareLength * 2;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_X, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);

		// +Y面拷贝
		box.left = squareLength;
		box.top = 0;
		box.right = squareLength * 2;
		box.bottom = squareLength;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_Y, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);


		// -Y面拷贝
		box.left = squareLength;
		box.top = squareLength * 2;
		box.right = squareLength * 2;
		box.bottom = squareLength * 3;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_Y, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);

		// +Z面拷贝
		box.left = squareLength;
		box.top = squareLength;
		box.right = squareLength * 2;
		box.bottom = squareLength * 2;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_POSITIVE_Z, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);

		// -Z面拷贝
		box.left = squareLength * 3;
		box.top = squareLength;
		box.right = squareLength * 4;
		box.bottom = squareLength * 2;
		d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
			texArray,
			D3D11CalcSubresource(i, D3D11_TEXTURECUBE_FACE_NEGATIVE_Z, texArrayDesc.MipLevels),
			0, 0, 0,
			srcTex,
			i,
			&box);
		
		// 下一个mipLevel的纹理宽高都是原来的1/2
		squareLength /= 2;
	}

最后就是创建纹理立方体着色器资源视图了:

	if (textureCubeView)
	{
		D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC viewDesc;
		viewDesc.Format = texArrayDesc.Format;
		viewDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURECUBE;
		viewDesc.TextureCube.MostDetailedMip = 0;
		viewDesc.TextureCube.MipLevels = texArrayDesc.MipLevels;

		hResult = d3dDevice->CreateShaderResourceView(texArray, &viewDesc, textureCubeView);
	}
	
	// 检查是否需要纹理数组
	if (textureArray)
	{
		*textureArray = texArray;
	}
	else
	{
		SAFE_RELEASE(texArray);
	}

	SAFE_RELEASE(srcTex);
	SAFE_RELEASE(srcTexSRV);

	return hResult;
}

从六张天空盒的位图创建立方体纹理

第一步是读取六张纹理,并根据需要生成mipmaps:

HRESULT CreateWICTexture2DCubeFromFile(
	ID3D11Device * d3dDevice,
	ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
	const std::vector<std::wstring>& cubeMapFileNames,
	ID3D11Texture2D ** textureArray,
	ID3D11ShaderResourceView ** textureCubeView,
	bool generateMips)
{
	// 检查设备与设备上下文是否非空
	// 文件名数目需要不小于6
	// 纹理数组和资源视图只要有其中一个非空即可
	UINT arraySize = (UINT)cubeMapFileNames.size();

	if (!d3dDevice || !d3dDeviceContext || arraySize < 6 || !(textureArray || textureCubeView))
		return E_INVALIDARG;

	// ******************
	// 读取纹理
	//

	HRESULT hResult;
	std::vector<ID3D11Texture2D*> srcTexVec(arraySize, nullptr);
	std::vector<ID3D11ShaderResourceView*> srcTexSRVVec(arraySize, nullptr);
	std::vector<D3D11_TEXTURE2D_DESC> texDescVec(arraySize);

	for (UINT i = 0; i < arraySize; ++i)
	{
		// 该资源用于GPU复制
		hResult = CreateWICTextureFromFile(d3dDevice,
			(generateMips ? d3dDeviceContext : nullptr),
			cubeMapFileNames[i].c_str(),
			(ID3D11Resource**)&srcTexVec[i],
			(generateMips ? &srcTexSRVVec[i] : nullptr));

		// 读取创建好的纹理信息
		srcTexVec[i]->GetDesc(&texDescVec[i]);

		// 需要检验所有纹理的mipLevels,宽度和高度,数据格式是否一致,
		// 若存在数据格式不一致的情况,请使用dxtex.exe(DirectX Texture Tool)
		// 将所有的图片转成一致的数据格式
		if (texDescVec[i].MipLevels != texDescVec[0].MipLevels || texDescVec[i].Width != texDescVec[0].Width ||
			texDescVec[i].Height != texDescVec[0].Height || texDescVec[i].Format != texDescVec[0].Format)
		{
			for (UINT j = 0; j < i; ++j)
			{
				SAFE_RELEASE(srcTexVec[j]);
				SAFE_RELEASE(srcTexSRVVec[j]);
			}
			return E_FAIL;
		}
	}

然后是创建数组,即便提供的纹理数目超过6,也是允许的:

	// ******************
	// 创建纹理数组
	//
	D3D11_TEXTURE2D_DESC texArrayDesc;
	texArrayDesc.Width = texDescVec[0].Width;
	texArrayDesc.Height = texDescVec[0].Height;
	texArrayDesc.MipLevels = (generateMips ? texDescVec[0].MipLevels : 1);
	texArrayDesc.ArraySize = arraySize;
	texArrayDesc.Format = texDescVec[0].Format;
	texArrayDesc.SampleDesc.Count = 1;
	texArrayDesc.SampleDesc.Quality = 0;
	texArrayDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
	texArrayDesc.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
	texArrayDesc.CPUAccessFlags = 0;
	texArrayDesc.MiscFlags = D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE;	// 允许从中创建TextureCube

	ID3D11Texture2D* texArray = nullptr;
	hResult = d3dDevice->CreateTexture2D(&texArrayDesc, nullptr, &texArray);

	if (FAILED(hResult))
	{
		for (UINT i = 0; i < arraySize; ++i)
		{
			SAFE_RELEASE(srcTexVec[i]);
			SAFE_RELEASE(srcTexSRVVec[i]);
		}

		return hResult;
	}

由于我们不需要指定源位图的具体区域,可以将pSrcBox设置为nullptr

	// ******************
	// 将原纹理的所有子资源拷贝到该数组中
	//
	texArray->GetDesc(&texArrayDesc);

	for (UINT i = 0; i < arraySize; ++i)
	{
		for (UINT j = 0; j < texArrayDesc.MipLevels; ++j)
		{
			d3dDeviceContext->CopySubresourceRegion(
				texArray,
				D3D11CalcSubresource(j, i, texArrayDesc.MipLevels),
				0, 0, 0,
				srcTexVec[i],
				j,
				nullptr);
		}
	}

最后就是创建立方体纹理着色器资源视图,默认只指定0到5索引的纹理,如果这个纹理数组包含索引6-11的纹理,你还想创建一个新的视图的话,就可以拿取创建好textureArray,然后自己再写创建视图相关的调用:

	// ******************
	// 创建立方体纹理的SRV
	//
	if (textureCubeView)
	{
		D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC viewDesc;
		viewDesc.Format = texArrayDesc.Format;
		viewDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURECUBE;
		viewDesc.TextureCube.MostDetailedMip = 0;
		viewDesc.TextureCube.MipLevels = texArrayDesc.MipLevels;

		hResult = d3dDevice->CreateShaderResourceView(texArray, &viewDesc, textureCubeView);
	}

	// 检查是否需要纹理数组
	if (textureArray)
	{
		*textureArray = texArray;
	}
	else
	{
		SAFE_RELEASE(texArray);
	}

	// 释放所有资源
	for (UINT i = 0; i < arraySize; ++i)
	{
		SAFE_RELEASE(srcTexVec[i]);
		SAFE_RELEASE(srcTexSRVVec[i]);
	}

	return hResult;
}

至此有关2D纹理相关的讲解就基本上结束了。

DirectX11 With Windows SDK完整目录

Github项目源码

欢迎加入QQ群: 727623616 可以一起探讨DX11,以及有什么问题也可以在这里汇报。

作者:X_Jun
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posted @ 2019-01-13 22:59  X_Jun  阅读(12841)  评论(6编辑  收藏  举报
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