忙碌的小猪崽

这几天折腾物理引擎，下了Havok和PhysX。

前天装了Havok，把他的例子全跑了一遍，感觉不错。昨天装PhysX却遇到了问题，安装完后运行例子直接归天，打开PhysX例子代码调试后发现NxPhysicsSDK实例创建不成功。

调试语句gPhysicsSDK = NxCreatePhysicsSDK(NX_PHYSICS_SDK_VERSION, gAllocator);

发现gPhysicsSDK总是为0，修改一下代码，通过NxSDKCreateError查看错误代码，总是为NXCE_PHYSX_NOT_FOUND。

NxSDKCreateError e;

// Create the physics SDK

gPhysicsSDK = NxCreatePhysicsSDK(NX_PHYSICS_SDK_VERSION, 0, 0, NxPhysicsSDKDesc(), &e);

官网搜索了一下，总结出如下几条：

1.        如果显卡驱动不够新，则需要安装新的显卡驱动，我下了一个191.07_desktop_winxp_32bit_international_whql.exe

2.        然后要安装最新发布的SystemSoftware，我装的是PhysX_9.09.30_SystemSoftware.exe

3.        然后再安装SDK，我的版本是PhysX_SDK_2.8.3.msi

　　好久没写Blog，哎，还是有点偷懒了，今天就把原来做过的一个分析整理出来吧，主要关于Ogre场景树的更新过程。

　　Node的更新是分两个阶段的：
　　1：当前帧设置节点局部SRT（缩放、旋转、平移）
　　2：下一帧计算节点的世界SRT

　　也就是说Ogre不赞成你依赖他的场景树，试试运行这个例子：
SceneNode *root = mSceneMgr->getRootSceneNode();
SceneNode *p2 = root->createChildSceneNode(Vector3(1,2,3));
SceneNode *p3 = p2->createChildSceneNode(Vector3(2,3,4));
SceneNode *p4 = p3->createChildSceneNode(Vector3(4,5,6));
Vector3 v;
v = p4->_getDerivedPosition();
std::cout << v << std::endl;

p2->setPosition(0,1,0);
v = p4->_getDerivedPosition();
std::cout << v << std::endl;

　　理想结果应该是(6,9,10)，运行结果是(7,9,13)，这是因为Ogre是在下一帧计算节点的世界SRT的，如果要在本帧获取世界SRT
最保险就是手动调用根节点的_update().

　　深入分析：
　　1: 调用任意改变节点局部SRT的方法会调用Node::needUpdate
　　2: needUpdate会调用requestUpdate，requestUpdate是一个递归函数，而且一定是子节点调用，例如这样：
　　3: mParent->requestUpdate(this, forceParentUpdate);
　　4: requestUpdate会从当前节点沿着父节点向上递归把自身加入到父节点的更新节点集中

　　5: 场景管理器会在每帧开始前调用getRootSceneNode()->_update(true, false)
　　6: _update会深度递归场景树更新每个节点的世界SRT

这里还有一个优化，就是Ogre只更新requestUpdate收集的子节点，^_^

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    水面原来采用渲染质量较高的菲捏珥水面，这样渲染出来的效果确实不错，不过这需要渲染折射图与反射图，再加上最后一遍场景渲染，整个场景需要渲染三遍，虽然GPU GEM2里面提到了这类水面的优化，经过项目中使用发现开销还是相当的大，外加上原来没有考虑边界柔和，导致水面切边非常锋利，所以决定采用较低的alpha水面混合来代替。

       接下来说说我采用的水面alpha混合方案，需求如下：

1.      水面只需要反射天空

2.      边界柔和，水深的地方反射强度大，也就是越看不清水底

3.      相机距离水面的距离越近，水面就需要越透明（试想相机看着人，而看不见水面下的情况）

根据以上需求，我决定采用在PS中做逐像素渲染。

1.      只反射天空虽然有时候看起来并不真实，但实现足够简单，效率高，这样就不需要反射图了，节省一个RT。简单的实现就是采用一张立方体贴图，然后根据相机与像素向量求个反射向量，再用texCUBE做个采样搞定。

2.      边界柔和看这张图，没有边界柔和的图很丑陋，像一把刀切过一样。这个可以通过做一张水深遮罩图来完成，这张图用基本的灰度图就可以了，平铺整个地形，可以这样生成：取像素任意一点，转换为世界坐标，求出与地形的交点，如果地形在上，则为全透明，填0，如果大于25.5则填1，中间做个线型混合 (byte)(abs(h) × 10)。这样得到的深度图效果如下：

如果把这张深度图做为alpha来输出，颜色为白色，我在场景中截了一张图，看，是不是有点样子了，岸边的锋利边缘被柔化了^_^。

3      相机距离水面的距离越近，水面就需要越透明，这个只须在PS中用distance求出相机与像素的距离，然后通过求出的距离混合alpha就可以了。

看看加上颜色信息后的最终效果，反射了天空，柔化了边缘，效率也提高了，正是我们想要的。

再来一张：

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     每盏灯都可以有镜面反射，最多支持三盏灯，再多就不能使用ps2_0，附上HLSL代码和执行文件，自己玩吧^_^

 1float4x4 World;
 2float4x4 View;
 3float4x4 Projection;
 4float4x4 WorldViewProjection;
 5float3 EyePosition;
 6
 7#define MaxLights 3
 8
 9float3 LightDirs[MaxLights];
10float4 LightColors[MaxLights];
11int LightCount;
12
13float4 AmbientColor = float4(0.05,0.05,0.05,1);
14float SpecularPower = 16;
15
16texture Texture;
17sampler TextureSampler = sampler_state
18{
19    Texture = (Texture);
20    AddressU  = Wrap;
21    AddressV  = Wrap;
22    AddressW  = Wrap;
23    MinFilter = Linear;
24    MagFilter = Linear;
25    MipFilter = Linear;
26};
27
28struct VertexShaderInput
29{
30    float4 pos : POSITION0;
31    float2 texCoord : TEXCOORD0;
32    float3 normal   : NORMAL;
33    float3 tangent  : TANGENT;
34};
35
36struct VertexShaderOutput
37{
38    float4 pos : POSITION0;
39    float2 texCoord : TEXCOORD0;
40    float3 normal : TEXCOORD1;
41    float3 view : TEXCOORD2;
42};
43
44VertexShaderOutput VertexShaderFunction(VertexShaderInput input)
45{
46    VertexShaderOutput output;
47
48    WorldViewProjection = mul(mul(World, View), Projection);
49    output.pos = mul(input.pos, WorldViewProjection);
50    output.texCoord = input.texCoord;
51    output.normal = mul(input.normal, (float3x3)World);
52    output.view = EyePosition - mul(input.pos, World);
53    
54    return output;
55}
56
57float4 PixelShaderFunction(VertexShaderOutput input) : COLOR0
58{
59    float4 diffuseSum = 0;
60    float4 specularSum = 0;
61    for(int i = 0; i < LightCount; i++)
62    {
63        float3 L = normalize(-LightDirs[i]);
64        float3 N = normalize(input.normal);
65        float3 R = normalize(reflect(LightDirs[i], N));
66        float3 V = normalize(input.view);
67
68        diffuseSum += saturate(dot(N, L)) * LightColors[i];
69        specularSum += pow(saturate(dot(R, V)), SpecularPower);
70    }
71    
72    float4 textureColor = tex2D(TextureSampler, input.texCoord);
73
74    float4 final = AmbientColor + textureColor * diffuseSum + specularSum;
75
76    return final;
77}
78
79technique Technique1
80{
81    pass Pass1
82    {
83        VertexShader = compile vs_2_0 VertexShaderFunction();
84        PixelShader = compile ps_2_0 PixelShaderFunction();
85    }
86}
87

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    新版Ogre的帧监听器（FrameListener）新加了一个方法，frameRenderingQueued，查看例子后发现，原先的frameStarted基本都被这个方法所代替了，决定打开源代码看看Ogre的意图。

    我们从renderOneFrame开始分析，这个方法只有三句话。

 1    bool Root::renderOneFrame(void)
 2    {
 3        if(!_fireFrameStarted())
 4            return false;
 5
 6        if (!_updateAllRenderTargets())
 7            return false;
 8
 9        return _fireFrameEnded();
10    }
11

1.      触发所有FrameListener的frameStarted

2.      _updateAllRenderTargets

3.      触发所有FrameListener的frameEnded

这个过程很清晰，不再多说，并没有发现frameRenderingQueued调用。接着进入_updateAllRenderTargets，这个方法也做三件事。

    bool Root::_updateAllRenderTargets(void)
    {
        // update all targets but don't swap buffers
        mActiveRenderer->_updateAllRenderTargets(false);
        // give client app opportunity to use queued GPU time
        bool ret = _fireFrameRenderingQueued();
        // block for final swap
        mActiveRenderer->_swapAllRenderTargetBuffers(mActiveRenderer->getWaitForVerticalBlank());
        
        return ret;
    }

1.      更新所有渲染目标（不翻转）

2.      触发所有FrameListener的frameRenderingQueued（发现目标了^_^）

3.      翻转所有渲染目标

由此可见，frameRenderingQueued的调用时机是在frameStarted的后面，frameEnded的前面，而且在frameStarted和frameRenderingQueued还有一个更新所有渲染目标（不翻转），经过这样分析，调用关系就清楚了，简单归纳为下列五步：

1.      触发所有FrameListener的frameStarted

2.      更新所有渲染目标（不翻转）

3.      触发所有FrameListener的frameRenderingQueued

4.      翻转所有渲染目标

5.      触发所有FrameListener的frameEnded

通过分析后已经可以看明白调用过程了，接下来进一步说说，为什么要加入frameRenderingQueued呢，一个方法的加入总归是有原因的，大家都很忙，Ogre团队不会浪费时间加一个没用的东西。首先看原来用的frameStarted，可以看到frameStarted的调用时机是最靠前的，接下来是更新所有渲染目标（不翻转），然后是frameRenderingQueued。可以看到，frameStarted和frameRenderingQueued的主要区别就在于更新所有渲染目标前调用还是后调用。如果把逻辑放在frameStarted中，那么更新所有渲染目标这个操作必然在其之后；反之把逻辑放在frameRenderingQueued中，则逻辑执行在更新所有渲染目标之后，那为什么要放在后面，而不是放在前面呢？原因在于渲染是由GPU来完成的，更新所有渲染目标这个操作返回时，GPU需要一定的时间来完成当前的渲染，这样当执行frameRenderingQueued时，相当于逻辑和GPU在并行计算，CPU也没有闲着，这样就提高了效率，效率很重要，不是么，^_^。

这里还需要指出的一点是，由于frameRenderingQueued执行时，GPU已经在渲染上一帧内容了，因此写在frameRenderingQueued里的逻辑将在下一帧才能够在渲染中体现出来，一般来说，这个问题是无关紧要的。

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      XNA2.0系统API居然出错！折腾了我N久。现象是鼠标射线不准，莫名其妙的不准，有时旋转一下相机就乱了，在官网论坛上找了一个替代版本，问题解决。这个问题XNA1.0并不存在，到2.0就有了，用反编译查看，果然是XNA1.0使用DX实现，XNA2.0是重写的方法。这个问题XNA论坛都提出来了，ViewPort.Unproject也算是一个比较重要的方法，居然到XNA3.0还存在，真不知道开发人员是怎么想的，为这个破问题折腾来折腾去，先前以为是相机问题，重写了好多遍，看来即使是官方API也不要过于迷信，这回主要就栽在这点。

经验总结：代码使人写的，不是神写的，人写的就会出错，就这么简单。最后附上可用的代替版本，看有多少可怜的孩子还在受到原API的毒害…

Code
 1 public static Vector3 UnprojectEx(Viewport viewport, Vector3 screenSpace,Matrix projection, Matrix view, Matrix world)  
 2 {  
 3     //First, convert raw screen coords to unprojectable ones  
 4     Vector3 position = new Vector3();  
 5     position.X = (((screenSpace.X - (float)viewport.X) / ((float)viewport.Width)) * 2f) - 1f;  
 6     position.Y = -((((screenSpace.Y - (float)viewport.Y) / ((float)viewport.Height)) * 2f) - 1f);  
 7     position.Z = (screenSpace.Z - viewport.MinDepth) / (viewport.MaxDepth - viewport.MinDepth);  
 8 
 9     //Unproject by transforming the 4d vector by the inverse of the projecttion matrix, 
10     //followed by the inverse of the view matrix.    
11     Vector4 us4 = new Vector4(position, 1f);  
12     Vector4 up4 = Vector4.Transform(us4,  
13         Matrix.Invert(Matrix.Multiply(Matrix.Multiply(world, view), projection)));  
14     Vector3 up3 = new Vector3(up4.X, up4.Y, up4.Z);  
15     return up3 / up4.W; //better to do this here to reduce precision loss..    
16 }  

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