xna引擎与DirectX by 招招

这篇文章是帮助你理解xna底层是怎样工作以及它跟DirectX的关系，让你可以脱离Model、Game等等不灵活的类，完全从底层实现一些高级控制

 

驱动游戏运行的dll有两个：

 

Microsoft.Xna.Framework.dll

这是引擎的核心，从某程度上说是对DirectX的封装（也加了一些额外的东西），介绍几个重要的命名空间和类

——Microsoft.Xna.Framework空间

主要提供矩阵、向量等等常用数据结构

——Microsoft.Xna.Framework.GameServices空间

封装Xna服务，特别是跟微软Live服务相关的东西（账号注册、登陆都在这里）

——Microsoft.Xna.Framework.Graphics空间

重点要介绍的东西，这个空间是对Direct3D（包括D3DX，即Direct3D扩展）的封装

先看看几个核心类（也就是D3D系列）

————GraphicsDevice：绝对核心的类，控制显卡的类，在DirectX9对应IDirect3D9Device，掌管所有资源的创建（这也是为何很多类的构造函数要把Deivce作为参数），提供绘制（DrawPrimitive, DrawIndexedPrimitive），控制绘制属性（*State属性）

————Vertex系列：包括VertexBuffer（存储顶点信息的地方，顶点信息包含很多东西，可以是位置、颜色、贴图坐标、法线等等，必须在VertexDeclaration类说明包含哪些东西），IndexBuffer（顶点索引，请百度之），VertexDeclaration（说明VertexBuffer的结构）类

————Texture系列：包括Texture2D, Texture3D等

————Shader系列：包括PixelShader, VertexShader等

然后更高层的（D3DX） ，如果知道这些类是如何实现的，那么对D3D如何使用也就有一个基本了解了，具体可以看后面的例子（或请百度:P或msdn）

————Effect系列：对应D3DX的Effect系列

————SpriteBatch：对应D3DX的Sprite系列

————Model系列：对应D3DX的Mesh系列。

 

 

我们以TextureQuad例子说明Model类内部是怎么工作的（与DirectX是相似的）

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb464051.aspx

这个例子在3D空间显示一个有贴图的正方形。这个例子不使用Model,SpriteBatch等辅助类，而直接用GraphicsDevice等核心类实现

先看看它的LoadContent函数

        protected override void LoadContent()
        {
            // Create a new SpriteBatch, which can be used to draw textures.
            spriteBatch = new SpriteBatch(GraphicsDevice);
            texture = Content.Load<Texture2D>("Glass");
            quadEffect = new BasicEffect(graphics.GraphicsDevice, null);
            quadEffect.EnableDefaultLighting();

            quadEffect.World = Matrix.Identity;
            quadEffect.View = View;
            quadEffect.Projection = Projection;
            quadEffect.TextureEnabled = true;
            quadEffect.Texture = texture;
            quadVertexDecl = new VertexDeclaration(graphics.GraphicsDevice,
               VertexPositionNormalTexture.VertexElements);
        }

 做了几件事：读贴图，创建BasicEffect，然后将View、Project矩阵和贴图等等传给BasicEffect

 

再看看Draw函数

        protected override void Draw(GameTime gameTime)
        {
            GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);
            GraphicsDevice.VertexDeclaration = quadVertexDecl;
            quadEffect.Begin();
            foreach (EffectPass pass in quadEffect.CurrentTechnique.Passes)
            {
                pass.Begin();

                GraphicsDevice.DrawUserIndexedPrimitives<VertexPositionNormalTexture>(
                    PrimitiveType.TriangleList, quad.Vertices, 0, 4, quad.Indexes, 0, 2);

                pass.End();
            }
            quadEffect.End();
            
            base.Draw(gameTime);
        }

GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);

首先这行把屏幕清空，以便画新东西。

 

GraphicsDevice.VertexDeclaration = quadVertexDecl;

这个等下说

之后就是一个Effect循环了。

说到这里，到底BasicEffect到底是个什么东西？为什么要为它指定View、Project矩阵和贴图？

在你调用pass.Begin()的瞬间，实际上做了这些事情（不完全伪代码）：

GraphicsDevice.PixelShader = pass.pixelShader;

GraphicsDevice.VertexShader = pass.pixelShader;

foreach(effect的每个参数)

     GraphicsDevice.Set*ShaderConstant(....) ;

这样，在你调用pass.End之前画任何东西，出来的贴图、光照还有镜头位置都会跟这个BasicEffect指定的一样。

然后

                GraphicsDevice.DrawUserIndexedPrimitives<VertexPositionNormalTexture>(

                    PrimitiveType.TriangleList, quad.Vertices, 0, 4, quad.Indexes, 0, 2);

这段代码就如同Model.Draw()一样，将整个正方形的所有顶点画出来。因为有了BasicEffect的作用，所以画出来就有了贴图

 

那么我想做一个复杂点的效果，例如将这个quad变成反射镜，怎么做？

方法就是不用BasicEffect，自己写一个新的Effect。Effect是由.fx文件编译出来的东西，而BasicEffect只是预先定义好了.fx的代码内容。所以只要写一个新的.fx文件就可以做出这种效果

随便找一个.fx文件的例子，发现他们的函数通常要传入POSITION，NORMAL这些类型的参数，这些哪里来？都来自VertexBuffer的数据，然而DirectX如何分清楚那个数字代表POSITION哪个代表NORMAL呢？就靠VertexDeclaration（上面没讲的那行代码）来指定一个顶点由什么组成

至于什么是EffectTechnique, EffectPass, 以及shader的具体做法以后再讨论

顺便说一下D3D和D3DX的关系。D3D是核心的接口，真正跟显卡打交道的地方，通过Device管理IndexBuffer,VertexBuffer,Texture,Shader几大资源以及进行渲染。而显卡厂商要在驱动程序中对这个接口提供实现。

而D3DX是为方便而增加的库，提供了Sprite（画2D图）、Mesh（组合了IndexBuffer,VertexBuffer以及VertexStream,VertexDeclaration等概念）、Font（将字体变成贴图的工具）

也就是说，如果你够牛，你可以自行实现整个D3DX库，因为这个库跟硬件是无关的。

 

终于到下一个dll……

Microsoft.Xna.Framework.Game.dll

这是引擎的非核心内容，针对Windows平台而言主要封装了Windows窗口、Windows计时、DirectX管理、Xna服务管理等

 

由此可见，实际上Xna可以用于游戏以外的应用中，例如编写Windows程序，可以名副其实的当做.Net版本的DirectX使用（难怪微软停止了DirectX Managed的开发……）。因为平时我们使用Xna都是按照Microsoft.Xna.Framework.Game.dll中的程序模型（也就是Game类）来编写程序的，所以如何使用GraphicsDevice类以及窗口信息循环等等细节都隐藏了。

 

在我们创建Game类并执行Game.Run()后，通常我们需要在Game.Initialize里创建一个GraphicsDeviceManager（简称GDM）。Game会创建一个Window，然后GDM会从Game（注意GDM的构造函数有Game参数）获取这个Window的句柄，然后传给GraphicsDevice的构造函数，这样GraphicsDevice就构造成功，而且DirectX会在这个窗口上绘制（因为传了窗口的句柄）。

然后在窗口的消息循环中会调用我们在Game类中非常熟悉的Update和Draw函数。

你可以看看DXUT（包含在DirectX SDK中，但是这个不是DirectX的部分），你就发现Microsoft.Xna.Framework.Game.dll就相当于DXUT的C#版本，解决了DirectX跟Windows之间的交互问题。

 

理解了Game类的原理，就可以脱离这个dll，自己控制程序跟DirectX的交互。具体如何实现可以参考xna的Windows Form系列例子。

 

建议大家下载DirectX SDK（或者看msdn），将整个Direct3D库的构造跟Xna的Graphics空间对比一下，然后再对比一下DirectX程序和xna windows form例子，你会发现xna和DirectX是如此相似。

另外可以阅读OGRE的源码（我会考虑写一篇分析）

 

限于篇幅，更多请baidu或msdn~