作者:i_dovelemon
来源:CSDN
日期:2014 / 10 / 28
主题:View Frustum， Culling
在前面的一篇文章获取View Frustum的6个面中讲述了如何根据View-Proj矩阵来获取View Frustum在世界坐标系中的6个平面。研究过场景管理的同学就会知道，在将图元数据传入到流水线之前，我们需要对数据进行组织。而场景管理通常就是进行这样的工作，通过场景管理，我们剔除（Culling）那些不在View Frustum中的物体，也就是在显示器中看不到的几何物体。读者可能会问，硬件不也会进行裁剪操作吗？是的，的确会这样。但是裁剪操作是发生在光栅化操作中。也就是说，很多的数据在最后光栅化的时候，被裁剪掉了，但是在前面的光照计算，纹理过程等等操作中都进行了，这明显浪费了资源，让系统做了不需要进行的工作。而今天讲解的View Frustum Culling就是来判断一个物体是否会显示在界面上，如果不显示，那么在应用程序阶段就将它剔除掉，这样就不用浪费资源来进行操作了。更彻底的，读者还可以实现那些被前面物体遮挡的物体剔除的算法。但这不再本文的讨论范围之内。好了，废话不多说，来讲解今天的内容吧！！！
进行View Frustum Culling的关键技术在于进行AABB-Plane检测。在前面的文章中，我们获取到了6个平面，如果能够判断一个物体的AABB包围盒完全的在其中一个平面的负半空间中的话，就表明这个物体一定不再View Frustum中。这里，需要理解一个概念，什么是负半空间？
理论上，一个平面会将空间划分成为两个半空间，平面法向向量所指向的那个空间是正半空间，而另外一个空间被称为负半空间。我们在获取View Frustum一文中，获取的6个平面的法线都是指向View Frustum内部的。这就给我们的剔除提供了基础。所以，问题的关键就在判断一个AABB-Plane的位置情况。
实现这样的检测，算法非常简单。我们根据要检测的平面法线的方向，在AABB盒上构造一个和这个方向最接近的一个向量，然后判断这个向量与平面的位置关系。看下面的图：
图中给出了三种基本的情况，PQ这条向量就是AABB盒上和平面上法线方向最接近的向量。从上图中可以得出下面的结论：
1.如果P点在平面所划分的正半空间内，那么AABB盒就在平面的正半空间内
2.如果Q点在平面所划分的负半空间内，那么AABB盒就在平面的负半空间内
3.如果P点在负半空间内，Q点在正半空间内，那么AABB就与平面相交叉
这三个结论，很显然通过观察就能够得到。
有了上面的结论，我们就是要获取PQ这两个点了。如何获取了？它的特征是和平面的法线方向最接近的值。如果我们单独看一个轴向上的情况，比如X轴向上。如图所示，一个平面的法线在X轴上的投影如下：
我们可以看到N在X轴上的投影为N‘，而想要让PQ的方向和N最接近，那么PQ这个向量在X轴向上的投影应该与N’一致，对吧！！！读者仔细观察下就会发现这样的事实。对于其他轴向上，此种事实同样出现。所以，我们的算法就是基于这个事实来给出的。如下是算法获取PQ这个向量的伪代码部分：
<span style="font-family:Microsoft YaHei;">VECTOR3 P, Q;
AABB a ;
Normal n;
if(n.x > 0)
{
//P.x < Q.x
P.x = a.min.x ;
Q.x = a.max.x
}
else
{
//P.x > Q.x
P.x = a.max.x;
Q.x = a.min.x ;
}
if(n.y > 0)
{
//P.y < Q.y
P.y = a.min.y ;
Q.y = a.max.y;
}
else
{
//P.y > Q.y
P.y = a.max.y ;
Q.y = a.min.y
}
if(n.z > 0)
{
//P.z < Q.z
P.z = a.min.z ;
Q.z = a.max.z ;
}
else
{
//P.z > Q.z
P.z = a.max.z ;
Q.z = a.min.z ;
}</span>好了，算法就介绍到这里。下面来看下完整的实现如何。
下面是测试这个算法的Demo。如果Cube还在View Frustuml里面的时候，就会在屏幕上写出Inside字样，如果在外面就会写出Outside字样。下面是算法的完整显示，同时给出了获取View Frustum的代码：
<span style="font-family:Microsoft YaHei;">void CubeDemo::draw()
{
drawCube();
//save the view proj matrix
m_ViewProj = m_Camera.viewproj();
//get the plane
D3DXVECTOR4 col0(m_ViewProj._11, m_ViewProj._21, m_ViewProj._31, m_ViewProj._41);
D3DXVECTOR4 col1(m_ViewProj._12, m_ViewProj._22, m_ViewProj._32, m_ViewProj._42);
D3DXVECTOR4 col2(m_ViewProj._13, m_ViewProj._23, m_ViewProj._33, m_ViewProj._43);
D3DXVECTOR4 col3(m_ViewProj._14, m_ViewProj._24, m_ViewProj._34, m_ViewProj._44);
m_Plane[0] = (D3DXPLANE)col2 ;
m_Plane[1] = (D3DXPLANE)(col3 - col2);
m_Plane[2] = (D3DXPLANE)(col3 + col0);
m_Plane[3] = (D3DXPLANE)(col3 - col0);
m_Plane[4] = (D3DXPLANE)(col3 - col1);
m_Plane[5] = (D3DXPLANE)(col3 + col1);
for(UINT i = 0 ; i < 6 ; i ++)
D3DXPlaneNormalize(&m_Plane[i], &m_Plane[i]);
D3DXVECTOR3 vcMin(-5,-5,-5), // AABB盒的min
vcMax(5,5,5), // AABB盒的max
_vcMin, _vcMax ; // _vcMin ==> P , _vcMax ==> Q
bool bOutSide = false ;
for(UINT i = 0 ; i < 6 ; i ++)
{
if(m_Plane[i].a > 0)
{
_vcMax.x = vcMax.x ;
_vcMin.x = vcMin.x ;
}
else
{
_vcMin.x = vcMax.x ;
_vcMax.x = vcMin.x ;
}
if(m_Plane[i].b > 0)
{
_vcMax.y = vcMax.y ;
_vcMin.y = vcMin.y ;
}
else
{
_vcMin.y = vcMax.y ;
_vcMax.y = vcMin.y ;
}
if(m_Plane[i].c > 0)
{
_vcMax.z = vcMax.z ;
_vcMin.z = vcMin.z ;
}
else
{
_vcMin.z = vcMax.z ;
_vcMax.z = vcMin.z ;
}
if(D3DXVec3Dot(&D3DXVECTOR3(m_Plane[i].a, m_Plane[i].b, m_Plane[i].c), &_vcMax) + m_Plane[i].d < 0)
{
bOutSide = true ;
break ;
}
}
RECT rect ;
rect.left = 10.0f;
rect.top = 400.0f;
rect.right = 100;
rect.bottom = 600 ;
if(bOutSide)
{
HR(m_pFont->DrawTextA(0, "OutSide", -1, &rect, DT_NOCLIP, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0))) ;
}
else
{
HR(m_pFont->DrawTextA(0, "Not OutSide", -1, &rect, DT_NOCLIP, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0)));
}
}</span> 下面是程序截图：
好了，今天到这里结束了！欢迎继续关注我的博客！！！
原文地址：http://blog.csdn.net/i_dovelemon/article/details/40543937
