DX9 Update中的HDRLighting Sample分析 (1)

    这里着重分析整个渲染过程，至于HDR就不介绍了。(下面是流程图)

    

    我们先来看看HDRLighting Sample里面比较重要的一些Texture:

    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexScene;            // HDR render target containing the scene
    //保持整个场景的FP Texture格式是D3DFMT_A16B16G16R16F这样保存的颜色值就可以突破0-1的限制
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexSceneScaled;      // Scaled copy of the HDR scene
    //一个上面m_pTexScene的缩小到1/4的FP Texture格式和m_pTexScene一样，这个是我们后面的一些post-process的来源
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexBrightPass;       // Bright-pass filtered copy of the scene
    //保存了m_pTexScene通过Bright-Pass Filter后的，只剩下了亮度高的部分。因为这个Texture不需要去做一些HDR相关的操作，
所以格式32bit贴图就行了。这个是后面我们做Bloom,Star的来源。
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexAdaptedLuminanceCur;  // The luminance that the user is currenly adapted to
    //当前适合的亮度值，我们为了模拟出眼睛对于光的适应过程，采用的两个亮度值之一。格式是D3DFMT_R16F,大小是1x1
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexAdaptedLuminanceLast; // The luminance that the user is currenly adapted to
    //和上面的那个一样，我们通过交换这两个贴图来作出对于光的适应过程
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexStarSource;       // Star effect source texture
    //做Star的来源，格式是D3DFMT_A8R8G8B8
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_pTexBloomSource;      // Bloom effect source texture
    //做Bloom的来源，格式是D3DFMT_A8R8G8B8
   
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_apTexBloom[NUM_BLOOM_TEXTURES];     // Blooming effect working textures
    //Bloom效果用的系列贴图，格式是D3DFMT_A8R8G8B8，这里一共3张
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_apTexStar[NUM_STAR_TEXTURES];       // Star effect working textures
    //Star效果用的系列贴图，格式是D3DFMT_A8R8G8B8，这里一共12张
    PDIRECT3DTEXTURE9 m_apTexToneMap[NUM_TONEMAP_TEXTURES]; // Log average luminance samples 
                                                            // from the HDR render target
    //计算场景的亮度值用的系列贴图，格式是D3DFMT_R16F，在这里大小为1X1,4X4,16X16,64X64,一共4张

    

    接下来就是整个的渲染过程 Render()

    PDIRECT3DSURFACE9 pSurfLDR; // Low dynamic range surface for final output
    PDIRECT3DSURFACE9 pSurfHDR; // High dynamic range surface to store 
                                // intermediate floating point color values
    
    // Setup HDR render target
    m_pd3dDevice->GetRenderTarget(0, &pSurfLDR);
    m_pTexScene->GetSurfaceLevel(0, &pSurfHDR);

    // Clear the viewport
    m_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, pSurfHDR);
    m_pd3dDevice->Clear(0L, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA(0, 0, 0, 0), 1.0f, 0L);

    //这段代码保存了原始的RT,设置m_pTexScene为RT.

    RenderScene();

    //将Scene渲染到我们新的RT上，由于RT是FP的，我们能够保存超过0-1的数据
    
    Scene_To_SceneScaled();

    //将m_pTexScene渲染到m_pTexSceneScaled上，也就是缩小到1/4，这样的作用是在下面的处理能提高不少速度，我们看看这
个函数里面一些主要的操作:

    HRESULT CMyD3DApplication::Scene_To_SceneScaled()
    {
        ....
        m_pEffect->SetTechnique("DownScale4x4");

        //这里用到了DownScale4x4这段shader,我们仔细得看看这个shader

        float4 DownScale4x4(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
        {

        float4 sample = 0.0f;

    for( int i=0; i < 16; i++ )
    {
sample += tex2D( s0, vScreenPosition + g_avSampleOffsets[i] );
    }
    
    return sample / 16;
        }

        //这里就是按照g_avSampleOffsets的偏移值采样16个texel,然后计算均值。这个偏移数组的数据怎么样计算得出来的呢？
        //我们注意到函数接下来的几行有这样两句

        GetSampleOffsets_DownScale4x4( m_d3dsdBackBuffer.Width, m_d3dsdBackBuffer.Height, avSampleOffsets );
        m_pEffect->SetValue("g_avSampleOffsets", avSampleOffsets, sizeof(avSampleOffsets));

        //这两句就是计算出这个偏移数组并且设定到相应的位置,这里我们先不具体的看GetSampleOffsets_DownScale4x4函数，
通过这个函数得到的偏移数组是以原始采样点为中心的4X4的一个矩阵。
   
        m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, pSurfScaledScene );
        m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pTexScene );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSU, D3DTADDRESS_CLAMP );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSV, D3DTADDRESS_CLAMP );

        //这样我们就得到了1/4的版本pSurfScaledScene

    }

    //接下来就是求平均亮度的过程

    if( m_bToneMap )
        MeasureLuminance();

    //我们仔细得看看这个函数里面执行的操作

    HRESULT CMyD3DApplication::MeasureLuminance()
    {
        ....

        //首先这里是先计算了9个采样数据的偏移值

        float tU, tV;
        tU = 1.0f / (3.0f * desc.Width);
        tV = 1.0f / (3.0f * desc.Height);
    
        index=0;
        for( x = -1; x <= 1; x++ )
        {
            for( y = -1; y <= 1; y++ )
            {
                avSampleOffsets[index].x = x * tU;
                avSampleOffsets[index].y = y * tV;

                index++;
            }
        }

        //这9个形成3X3的矩阵
        
        //接下来是设置相应的操作和数据

        m_pEffect->SetTechnique("SampleAvgLum");
        m_pEffect->SetValue("g_avSampleOffsets", avSampleOffsets, sizeof(avSampleOffsets));
    
        m_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, apSurfToneMap[dwCurTexture]);
        m_pd3dDevice->SetTexture(0, m_pTexSceneScaled);
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );

        //在这里RT是m_apTexToneMap[3]，而shader操作则是一个取值，计算Log,计算均值得过程,下面是shader的代码

        float4 SampleLumInitial(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
{
     float3 vSample = 0.0f;
     float  fLogLumSum = 0.0f;

     for(int iSample = 0; iSample < 9; iSample++)
     {
         // Compute the sum of log(luminance) throughout the sample points
         vSample = tex2D(s0, vScreenPosition+g_avSampleOffsets[iSample]);
         fLogLumSum += log(dot(vSample, LUMINANCE_VECTOR)+0.0001f);
     }
    
     // Divide the sum to complete the average
     fLogLumSum /= 9;

     return float4(fLogLumSum, fLogLumSum, fLogLumSum, 1.0f);
}

        //于是m_apTexToneMap[3]保存的就是按照3X3的方式采样得到的平均的Log值，我们的目标是计算出所有的像素的Log的
平均值然后exp,我们下一部就是利用每次的缩小，取得更大范围的平均值，最后到4X4得贴图，我们在采样这最后的16个像素，然
exp(value/16);

        //下面的循环就是完成直到4X4得求平均值的过程

while( dwCurTexture > 0 )
     {
         m_apTexToneMap[dwCurTexture+1]->GetLevelDesc( 0, &desc );
         GetSampleOffsets_DownScale4x4( desc.Width, desc.Height, avSampleOffsets );
    
         m_pEffect->SetTechnique("ResampleAvgLum");
         m_pEffect->SetValue("g_avSampleOffsets", avSampleOffsets, sizeof(avSampleOffsets));

         m_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, apSurfToneMap[dwCurTexture]);
         m_pd3dDevice->SetTexture(0, m_apTexToneMap[dwCurTexture+1]);
         m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
         m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
    
         ....

         dwCurTexture--;
    } 

//这个部分的shader操作如下

float4 SampleLumIterative(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
{
     float fResampleSum = 0.0f; 
    
     for(int iSample = 0; iSample < 16; iSample++)
     {
         // Compute the sum of luminance throughout the sample points
         fResampleSum += tex2D(s0, vScreenPosition+g_avSampleOffsets[iSample]);
     }
    
     // Divide the sum to complete the average
     fResampleSum /= 16;

     return float4(fResampleSum, fResampleSum, fResampleSum, 1.0f);
}

        //每次的操作都使用上次的结果作为Texture

        //最后一步就是计算我们的exp(value/16);

        m_pEffect->SetTechnique("ResampleAvgLumExp");
        m_pEffect->SetValue("g_avSampleOffsets", avSampleOffsets, sizeof(avSampleOffsets));
    
        m_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, apSurfToneMap[0]);
        m_pd3dDevice->SetTexture(0, m_apTexToneMap[1]);
        m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
     m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );

        //相应的shader操作是:

        float4 SampleLumFinal(in float2 vScreenPosition : TEXCOORD0) : COLOR
{
     float fResampleSum = 0.0f;
    
     for(int iSample = 0; iSample < 16; iSample++)
     {
         // Compute the sum of luminance throughout the sample points
         fResampleSum += tex2D(s0, vScreenPosition+g_avSampleOffsets[iSample]);
     }
    
     // Divide the sum to complete the average, and perform an exp() to complete
     // the average luminance calculation
     fResampleSum = exp(fResampleSum/16);
    
     return float4(fResampleSum, fResampleSum, fResampleSum, 1.0f);
}

        //这样我们就得到场景的平均亮度m_apTexToneMap[0]这个1X1的贴图里面。