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现在市面上流行的3D游戏画面越来越炫目

				卡通渲染
					
    现在市面上流行的3D游戏画面越来越炫目，不过也有一些为了营造一种特殊的效果而使用了卡通渲染技术，比如PC游戏中的《杀手XIII》，《忍者神龟》；PS2游戏中的《真红之泪》，《犬夜叉》等等。这些游戏的画面看上去很像漫画，感觉比较有趣。下面就介绍一种简单的实现方法。
    所谓用卡通渲染技术绘制的三维物体一般都有两个明显的特征，一个特征是物体表面覆盖着大块的单调颜色，而且光影变化比较剧烈；另一个特征是物体拥有粗重的边缘效果。如果能自己控制光照和阴影，就可以达到目的。而DirectX 9.0 中的顶点渲染(Vertex Shaders)提供了这样一个途径，使我们可以实现自己的想法。
    顶点渲染与以前的T&L在渲染流程中处于二选一的地位，一段代码最多只能有128条指令，而且不能有循环，判断和跳转指令，全是线性执行指令。每次只能有一个Shader程序是激活的，Vertex Shaders让我们可以实时地控制模型的空间变换，光照处理以及像素渲染。
    那么现在先来解决第一个问题。我们可以用光线的亮度值作为物体的纹理坐标，这就产生一种带状纹理的效果，然后再调整相应的颜色即可。下面是渲染表面的Vertex Shaders代码：

//v0 点位置
//v1 法向量
//c0 (0,0.5,1.0,2.0)
//c1-4 WV矩阵
//c5-9 WVP矩阵
//c9 光的颜色
//c10 光的方向

vs_2_0            
dcl_position v0  
dcl_normal   v1
dcl_texcoord v2
dcl_color    v3

def c0,0.0,0.5,1.0,2.0

m4x4 oPos,v0,c5 //变换点位置到WorldViewProj空间
m3x4 r1,v1,c1	//变换法向量到WorldView空间
dp3 r2,-r1,c10  //计算光照
max r2,r2,c0.x 
mov oT0.x,r2    //纹理坐标[r2,0.5]
mov oT0.y,c0.y  
mov oD0,c9      //设置光照

这段代码先把每个点的坐标变换到相应的空间，然后使用一维的坐标来表示带状纹理的效果。最后设置材质的颜色并添加照明。程序中之所以选择0.5作为水平方向上的纹理坐标，是为了避免一些边缘采样的问题。
    接着解决第二个问题。为了体现出粗重的边缘效果，我们必须要找出所有的边缘轮廓。一般的话，如果两个面的朝向相反，那么它们的公共边就是边缘轮廓。法向量和视觉向量的点积越接近0，就离边缘越近，然后把这些靠近边缘的三角形渲染成黑色即可。为了控制卡通化的程度，可以设置一个阀值，然后使用alpha检测来决定每个点的颜色。

vs_2_0                             
dcl_position v0
dcl_normal   v1
dcl_texcoord v2
dcl_color    v3

def c0,0.0,0.5,1.0,2.0

m4x4 oPos,v0,c5		 //变换点位置到WorldViewProj空间
m3x4 r0,v0,c1		 //变换点位置到WorldView空间
m3x4 r1,v1,c1		 //变换法向量到WorldView空间
nrm r2,r0		 //归一化
dp3 r3.x,r2,-r1		 //计算点积
mad oD0.w,r3.x,c0.y,c0.y //设置alpha值
mov oD0.xyz,c0.x	 //设置漫射光

这段代码先把每个点的坐标变换到相应的空间，然后计算点积，最后添加光照。另外还要在程序中使用alpha检测来过滤像素，代码如下所示：

m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHATESTENABLE,1);
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHAFUNC,D3DCMP_GREATEREQUAL);
m_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHAREF,200);

实际渲染要执行两遍，第一遍绘制表面，第二遍绘制边缘，这样就基本达到了我们的目的。还要说明的一点是，因为Geforce FX系列以前的显卡不是硬件支持VS2.0，所以必须在程序中设置成软件模拟方式。就是在 d3dapp.cpp 的 Initialize3DEnvironment 中把 behaviorFlags 赋值为D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING即可，这样才能看到效果。本文附带的D3D9Cartoon例程是用DirectX 9 SDK开发的，这个开发包在微软网站上有下载，大概有218MB，地址是http://download.microsoft.com/download/b/6/a/b6ab32f3-39e8-4096-9445-d38e6675de85/dx90bsdk.exe，安装后再编译此例程就可以运行了。D3D9Cartoon例程是在 VS.NET2002+WinXP 下面调试通过。

参考文献：
Cartoon Rendering in DirectX 8.0 Using Vertex Shaders