Direct3D 12——模板——平面镜效果

1.将实物照常渲染到后台缓冲区内（不包括镜子）。注意，此步骤不修改模板缓冲区。

2.清理模板缓冲区，将其整体置零。
在这里插入图片描述
将实物都绘制到后台缓冲区中，并将模板缓冲区清理为0 （用浅灰色来表示）。
绘制在模板缓冲区中的黑色轮廊线条反映的是:后台缓冲区与模板缓冲区中像素之间的对照关系,而并非模板缓冲区中所绘的实际数据。

3.仅将镜面渲染到模板缓冲区中。若要禁止其他颜色数据写入到后台缓冲区，可用下列设置所创建的混合状态：
D3D12_RENDER_TARGET_BLEND_DESC::RenderTargetWriteMask = 0;
再通过以下配置来禁止向深度缓冲区的写操作:
D3D12_DEPTH_STENCIL_DESC::DepthWriteMask = D3D12_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO;

在向模板缓冲区渲染镜面的时候，我将模板测试设置为每次都成功（D3D12_COMPARISON_ALWAYS）, 并且在通过测试时用1 （ StencilRef模板参考值）来替换（通过D3D12_STENCIL_OP_REPLACE来设置）模板缓冲区元素。如果深度测试失败，则应当采用枚举项D3D12_STENCIL_OP_KEEP,使模板缓冲区中的对应像素保持不变。由于仅向模板缓冲区绘制了镜面，因此在模板缓冲区内，除了镜面可见部分的对应像素为1,其他像素皆为0。图下所示的即为更新后的模板缓冲区。换言之，我们其实就是在模板缓冲区中标记了镜面的可见像素而已。
在这里插入图片描述
图把镜面渲染到模板缓冲区中，其实就是在模板缓冲区中标记出镜面可视部分的对应像素。
模板缓冲区中实心黑色区域的模板元素取值为1。但请注意，由于被立方体挡住部分的深度测试会失败，所以在模板缓冲区中的这一范围内，元素的取值并不为1
（立方体与黑色镜面重合的部分，也就是立方体位于镜面前方的这一部分）

保证先绘制实物，后将镜面渲染至模板缓冲区的顺序是很重要的。这样一来，深度测试的失败会令镜面的像素被实物的像素所遮挡，因而也就不必再对模板缓冲区进行二次修改了。我们并不希望把模板缓冲区中镜面被遮挡部分的值设为1,那样将导致在实物位于镜面前方的范围内也能显示出镜面内容。

4.现在我们来将实物的镜像渲染至后台缓冲区及模板缓冲区中。前面曾提到，只有通过模板测试的像素才能渲染至后台缓冲区。对此，我们便将其设置为：仅当模板缓冲区中的值为1时，才能通过模板测试。这可以通过令StencilRef为1,且模板运算符为D3D12_COMPARISON_ FUNC_EQUAL来实现。如此一来，只有模板缓冲区中元素数值为1的实物镜像部分才能得以渲染。由于只有镜面可见部分所对应的模板缓冲区中元素数值为1,所以仅有这一范围内的实物镜像才能被渲染出来。

5.最后，我们像往常那样将镜面渲染到后台缓冲区中。但是，为了能“透过”镜面观察实物的镜像（它实际位于镜子的背面。虽说展现的是镜面内的镜像，但实际上是镜面背后的反射实物与镜面透明混合所得到的效果），我们就需要运用透明混合技术来渲染镜面。若非如此，则由于实物镜像的深度值小于镜面的深度值，理所当然地会致使实物镜像被镜子挡住。为此，我们只需为镜面定义一个新的材质配置实例：将其漫反射alpha通道分量设为0.3,使镜子的不透明度达到30%,

	auto icemirror = std::make_unique<Material>();
	icemirror->Name = "icemirror";
	icemirror->MatCBIndex = 2;
	icemirror->DiffuseSrvHeapIndex = 2;
	icemirror->DiffuseAlbedo = XMFLOAT4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.3f);
	icemirror->FresnelR0 = XMFLOAT3(0.1f, 0.1f, 0.1f);
	icemirror->Roughness = 0.5f;

假设已经将实物镜像的像素置于后台缓冲区内，那么，此时我们所看到的镜像颜色30%来自镜子（源像素）,70%出自实物镜像（目标像素）。

定义镜像的深度/模板状态

为了实现上述算法，我们要用到两个PSO对象。第一个用于在绘制镜面时标记模板缓冲区内镜面部分的像素，第二个则用于绘制镜面可见部分（即不被前侧实物所遮挡部分）内的实物镜像。

	//
	//
	// PSO for marking stencil mirrors.禁止对渲染目标的写操作
	//

	CD3DX12_BLEND_DESC mirrorBlendState(D3D12_DEFAULT);
	mirrorBlendState.RenderTarget[0].RenderTargetWriteMask = 0; //禁止对渲染目标的写操作

	D3D12_DEPTH_STENCIL_DESC mirrorDSS;
	mirrorDSS.DepthEnable = true;
	mirrorDSS.DepthWriteMask = D3D12_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO;//禁止对渲染目标的写操作
	mirrorDSS.DepthFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS;
	mirrorDSS.StencilEnable = true;
	mirrorDSS.StencilReadMask = 0xff;
	mirrorDSS.StencilWriteMask = 0xff;
	
	mirrorDSS.FrontFace.StencilFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	mirrorDSS.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	mirrorDSS.FrontFace.StencilPassOp = D3D12_STENCIL_OP_REPLACE;
	mirrorDSS.FrontFace.StencilFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_ALWAYS;
	

	//我们不渲染背面朝向的多边形，因而对这些参数血置并不关心
	// We are not rendering backfacing polygons, so these settings do not matter.]

	mirrorDSS.BackFace.StencilFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	mirrorDSS.BackFace.StencilDepthFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	mirrorDSS.BackFace.StencilPassOp = D3D12_STENCIL_OP_REPLACE;
	mirrorDSS.BackFace.StencilFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_ALWAYS;

	D3D12_GRAPHICS_PIPELINE_STATE_DESC markMirrorsPsoDesc = opaquePsoDesc;
	markMirrorsPsoDesc.BlendState = mirrorBlendState;
	markMirrorsPsoDesc.DepthStencilState = mirrorDSS;
	ThrowIfFailed(md3dDevice->CreateGraphicsPipelineState(&markMirrorsPsoDesc, IID_PPV_ARGS(&mPSOs["markStencilMirrors"])));

	//
	// PSO for stencil reflections.用于渲染模板缓冲区中反射镜像的PSO
	//

	D3D12_DEPTH_STENCIL_DESC reflectionsDSS;
	reflectionsDSS.DepthEnable = true;
	reflectionsDSS.DepthWriteMask = D3D12_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;
	reflectionsDSS.DepthFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_LESS;
	reflectionsDSS.StencilEnable = true;
	reflectionsDSS.StencilReadMask = 0xff;
	reflectionsDSS.StencilWriteMask = 0xff;

	reflectionsDSS.FrontFace.StencilFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.FrontFace.StencilPassOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.FrontFace.StencilFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_EQUAL;

	// We are not rendering backfacing polygons, so these settings do not matter.
	reflectionsDSS.BackFace.StencilFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.BackFace.StencilDepthFailOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.BackFace.StencilPassOp = D3D12_STENCIL_OP_KEEP;
	reflectionsDSS.BackFace.StencilFunc = D3D12_COMPARISON_FUNC_EQUAL;

	D3D12_GRAPHICS_PIPELINE_STATE_DESC drawReflectionsPsoDesc = opaquePsoDesc;
	drawReflectionsPsoDesc.DepthStencilState = reflectionsDSS;
	drawReflectionsPsoDesc.RasterizerState.CullMode = D3D12_CULL_MODE_BACK;
	drawReflectionsPsoDesc.RasterizerState.FrontCounterClockwise = true;
	ThrowIfFailed(md3dDevice->CreateGraphicsPipelineState(&drawReflectionsPsoDesc, IID_PPV_ARGS(&mPSOs["drawStencilReflections"])));

绘制场景

	//绘制不透明的物体
	// Draw opaque items--floors, walls, skull.
	auto passCB = mCurrFrameResource->PassCB->Resource();
	mCommandList->SetGraphicsRootConstantBufferView(2, passCB->GetGPUVirtualAddress());
    DrawRenderItems(mCommandList.Get(), mRitemLayer[(int)RenderLayer::Opaque]);
	
	//将模板缓冲区中可见的镜面像素标记为1
	 Mark the visible mirror pixels in the stencil buffer with the value 1
	mCommandList->OMSetStencilRef(1);
	mCommandList->SetPipelineState(mPSOs["markStencilMirrors"].Get());
	DrawRenderItems(mCommandList.Get(), mRitemLayer[(int)RenderLayer::Mirrors]);

	//只绘制镜子范围内的镜像(即仅绘制模板缓冲区中标记为1的像素)
   //注意，我们必须使用两个单独的渲染过程常量缓冲区(per-pass constant buffer)来完成此工作，
   //一个存储物体镜像，另一个保存光照镜像
	// Draw the reflection into the mirror only (only for pixels where the stencil buffer is 1).
	// Note that we must supply a different per-pass constant buffer--one with the lights reflected.
	mCommandList->SetGraphicsRootConstantBufferView(2, passCB->GetGPUVirtualAddress() + 1 * passCBByteSize);
	mCommandList->SetPipelineState(mPSOs["drawStencilReflections"].Get());
	DrawRenderItems(mCommandList.Get(), mRitemLayer[(int)RenderLayer::Reflected]);

	//恢复主渲染过程常量数据以及模板参考值 
	// Restore main pass constants and stencil ref.
	mCommandList->SetGraphicsRootConstantBufferView(2, passCB->GetGPUVirtualAddress());
	mCommandList->OMSetStencilRef(0);

	//绘制透明的镜面，使镜像可以与之混合
	// Draw mirror with transparency so reflection blends through.
	mCommandList->SetPipelineState(mPSOs["transparent"].Get());
	DrawRenderItems(mCommandList.Get(), mRitemLayer[(int)RenderLayer::Transparent]);

关于以上代码还有一点需要注意，即在绘制RenderLayer: :Reflected层的时候如何来修改其渲染过程常量缓冲区。这是因为在绘制物体镜像的同时，还涉及场景中光照的镜像(即，物体的镜像也要有与之对应的光照)。光源本存于渲染过程常量缓冲区中，因此我们可以再额外创建一个渲染过程常量缓冲区，用以存储场景中光照的镜像。该常量缓冲区的设置方法如下：

  PassConstants mMainPassCB;
  PassConstants mReflectedPassCB;

void StencilApp::UpdateReflectedPassCB(const GameTimer& gt)
{
	mReflectedPassCB = mMainPassCB;

	XMVECTOR mirrorPlane = XMVectorSet(0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f); // xy plane
	XMMATRIX R = XMMatrixReflect(mirrorPlane);

	// 光照镜像
	for(int i = 0; i < 3; ++i)
	{
		XMVECTOR lightDir = XMLoadFloat3(&mMainPassCB.Lights[i].Direction);
		XMVECTOR reflectedLightDir = XMVector3TransformNormal(lightDir, R);
		XMStoreFloat3(&mReflectedPassCB.Lights[i].Direction, reflectedLightDir);
	}

	// 将光照镜像的渲染过程常量数据存于渲染过程常量缓冲区中索引1的位置
	auto currPassCB = mCurrFrameResource->PassCB.get();
	currPassCB->CopyData(1, mReflectedPassCB);
}

绕序与镜像

当一个三角形被反射到某个平面上时（也就是此三角形在这一平面上的镜像）,其绕序（winding order ）并不会发生改变，正因如此，其平面法线的方向同样保持不变。所以，实际物体的外向法线在镜像中则变为了内向法线。此时，为了纠正这一点，我们会告知Direct3D将逆时针绕序的三角形看作是正面朝向，而将顺时针绕序的三角形看作背面朝向。这实际上是对法线的方向也进行了 “反射”，以此使镜像成为外向朝向。我们可以通过设置下列PSO光栅化属性来改变绕序的约定：

drawReflectionsPsoDesc.RasterizerState.FrontCounterClockwise = true;

在这里插入图片描述

多边形的法线不会随着反射操作而调转过来，这使得镜像的法线都变为内向朝向