DirectX11--深入理解与使用2D纹理资源

Posted 2021-02-03 x-jun

前言

写教程到现在，我发现有关纹理资源的一些解说和应用都写的太过分散，导致连我自己找起来都不方便。现在决定把这部分的内容整合起来，尽可能做到一篇搞定所有2D纹理相关的内容，其中包括：

1. 2D纹理的一般创建方法
2. DDSTextureLoader和WICTextureLoader
3. 2D纹理数组的一般创建方法
4. 2D纹理立方体的一般创建方法(未完工)
5. 纹理子资源
6. 纹理资源的完整复制(未完工)
7. 纹理子资源指定区域的复制(未完工)
8. 纹理从GPU映射回CPU进行修改
9. 使用内存初始化纹理

你必须要先了解纹理映射，然后再来看这部分内容。

由于这篇的工作量实在是太大了，目前下面这些代码我还没有提交到项目，而且这篇博客还在施工中，等我全部写完再提交一遍。

章节回顾
09 纹理映射与采样器状态

DirectX11 With Windows SDK完整目录

Github项目源码

欢迎加入QQ群: 727623616 可以一起探讨DX11，以及有什么问题也可以在这里汇报。

2D纹理

Direct3D 11允许我们创建1D纹理、2D纹理、3D纹理，分别对应的接口为ID3D11Texture1D, ID3D11Texture2D和ID3D11Texture3D。创建出来的对象理论上不仅在内存中占用了它的实现类所需空间，还在显存中占用了一定空间以存放纹理的实际数据。

由于实际上我们最常用到的就是2D纹理，因此这里不会讨论1D纹理和3D纹理的内容。

首先让我们看看D3D11对一个2D纹理的描述：

typedef struct D3D11_TEXTURE2D_DESC
{
    UINT Width;                     // 纹理宽度
    UINT Height;                    // 纹理高度
    UINT MipLevels;                 // 允许的Mip等级数
    UINT ArraySize;                 // 可以用于创建纹理数组，这里指定纹理的数目，单个纹理使用1
    DXGI_FORMAT Format;             // DXGI支持的数据格式，默认DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // MSAA描述
    D3D11_USAGE Usage;              // 使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    UINT BindFlags;                 // 使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    UINT CPUAccessFlags;            // 使用D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举来决定CPU访问权限
    UINT MiscFlags;                 // 使用D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举
}   D3D11_TEXTURE2D_DESC;

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC
{
    UINT Count;                     // MSAA采样数
    UINT Quality;                   // MSAA质量等级
} DXGI_SAMPLE_DESC;

这里特别要讲一下MipLevels：

1. 如果你希望它不产生mipmap，则应当指定为1(只包含最大的位图本身)
2. 如果你希望它能够产生完整的mipmap，可以指定为0，这样你就不需要手工去算这个纹理最大支持的mipmap等级数了，在创建好纹理后，可以再调用ID3D11Texture2D::GetDesc来查看实际的MipLevels值是多少
3. 如果你指定的是其它的值，这里举个例子，该纹理的宽高为400x400，mip等级为3时，该纹理会产生400x400，200x200和100x100的mipmap

对于经常作为着色器资源的纹理，通常是不能对其开启MSAA的，应当把Count设为1，Quality设为0

紧接着是DXGI_FORMAT：

它用于指定纹理存储的数据格式，最常用的就是DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM了。这种格式在内存的排布可以用下面的结构体表示：

struct {
    uint8_t a;
    uint8_t b;
    uint8_t g;
    uint8_t r;
};

了解这个对我们后期通过内存填充纹理十分重要。

然后是Usage：

D3D11_USAGE	CPU读	CPU写	GPU读	GPU写
D3D11_USAGE_DEFAULT			√	√
D3D11_USAGE_IMMUTABLE			√
D3D11_USAGE_DYNAMIC		√	√
D3D11_USAGE_STAGING	√	√	√	√

如果一个纹理以D3D11_USAGE_DEFAULT的方式创建，那么它可以使用下面的这些方法来更新纹理：

1. ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource
2. ID3D11DeviceContext::CopyResource
3. ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion

通过DDSTextureLoader或WICTextureLoader创建出来的纹理默认都是这种类型

而如果一个纹理以D3D11_USAGE_IMMUTABLE的方式创建，则必须在创建阶段就完成纹理资源的初始化。此后GPU只能读取，也无法对纹理再进行修改

D3D11_USAGE_DYNAMIC创建的纹理通常需要频繁从CPU写入，使用ID3D11DeviceContext::Map方法将显存映射回内存，经过修改后再调用ID3D11DeviceContext::UnMap方法应用更改。而且它对纹理有诸多的要求，直接从下面的ERROR可以看到：
D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateTexture2D: A D3D11_USAGE_DYNAMIC Resource must have ArraySize equal to 1. [ STATE_CREATION ERROR #101: CREATETEXTURE2D_INVALIDDIMENSIONS]
D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateTexture2D: A D3D11_USAGE_DYNAMIC Resource must have MipLevels equal to 1. [ STATE_CREATION ERROR #102: CREATETEXTURE2D_INVALIDMIPLEVELS]

上面说到，纹理只能是单个，不能是数组，且mip等级只能是1，即不能有mipmaps

而D3D11_USAGE_STAGING则完全允许在CPU和GPU之间的数据传输，但它只能作为一个类似中转站的资源，而不能绑定到渲染管线上，即你也不能用该纹理生成mipmaps。比如说有一个D3D11_USAGE_DEFAULT你想要从显存拿到内存，只能通过它以ID3D11DeviceContext::CopyResource或者ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion方法来复制一份到本纹理，然后再通过ID3D11DeviceContext::Map方法取出到内存。

现在来到BindFlags：

以下是和纹理有关的D3D11_BIND_FLAG枚举成员：

D3D11_BIND_FLAG	描述
D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE	纹理可以作为着色器资源绑定到渲染管线
D3D11_BIND_STREAM_OUTPUT	纹理可以作为流输出阶段的输出点
D3D11_BIND_RENDER_TARGET	纹理可以作为渲染目标的输出点，并且指定它可以用于生成mipmaps
D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL	纹理可以作为深度/模板缓冲区
D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS	纹理可以绑定到无序访问视图作为输出

再看看CPUAccessFlags：

D3D11_CPU_ACCESS_FLAG	描述
D3D11_CPU_ACCESS_WRITE	允许通过映射方式从CPU写入，它不能作为管线的输出，且只能用于D3D11_USAGE_DYNAMIC和D3D11_USAGE_STAGING绑定的资源
D3D11_CPU_ACCESS_READ	允许通过映射方式给CPU读取，它不能作为管线的输出，且只能用于D3D11_USAGE_STAGING绑定的资源

可以用按位或的方式同时指定上述枚举值，如果该flag设为0可以获得更好的资源优化操作。

最后是和纹理相关的MiscFlags：

D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG	描述
D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS	允许通过ID3D11DeviceContext::GenerateMips方法生成mipmaps
D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE	允许该纹理作为纹理立方体舒勇，要求必须是至少包含6个纹理的Texture2DArray

ID3D11Device::CreateTexture2D--创建一个2D纹理

填充好D3D11_TEXTURE2D_DESC后，你才可以用它创建一个2D纹理：

HRESULT ID3D11Device::CreateTexture2D( 
    const D3D11_TEXTURE2D_DESC *pDesc,          // [In] 2D纹理描述信息
    const D3D11_SUBRESOURCE_DATA *pInitialData, // [In] 用于初始化的资源
    ID3D11Texture2D **ppTexture2D);             // [Out] 获取到的2D纹理

过程我就不演示了。

2D纹理的资源视图(以着色器资源视图为例)

创建好纹理后，我们还需要让它绑定到资源视图，然后再让该资源视图绑定到渲染管线的指定阶段。

D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC的定义如下：

typedef struct D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC
    {
    DXGI_FORMAT Format;
    D3D11_SRV_DIMENSION ViewDimension;
    union 
        {
        D3D11_BUFFER_SRV Buffer;
        D3D11_TEX1D_SRV Texture1D;
        D3D11_TEX1D_ARRAY_SRV Texture1DArray;
        D3D11_TEX2D_SRV Texture2D;
        D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV Texture2DArray;
        D3D11_TEX2DMS_SRV Texture2DMS;
        D3D11_TEX2DMS_ARRAY_SRV Texture2DMSArray;
        D3D11_TEX3D_SRV Texture3D;
        D3D11_TEXCUBE_SRV TextureCube;
        D3D11_TEXCUBE_ARRAY_SRV TextureCubeArray;
        D3D11_BUFFEREX_SRV BufferEx;
        }   ;
    }   D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC;
};

其中Format要和纹理创建时的Format一致，对于2D纹理来说，应当指定D3D11_SRV_DIMENSION为D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D。

然后D3D11_TEX2D_SRV结构体定义如下：

typedef struct D3D11_TEX2D_SRV
{
    UINT MostDetailedMip;
    UINT MipLevels;
}   D3D11_TEX2D_SRV;

通过MostDetailedMap我们可以指定开始使用的纹理子资源，MipLevels则指定使用的子资源数目。如果要使用完整mipmaps，则需要指定MostDetailedMap为0， MipLevels为-1.

例如我想像下图那样使用mip等级为1到2的纹理子资源，可以指定MostDetailedMip为1，MipLevels为2.

创建着色器资源视图的演示如下：

D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc;
srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
srvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
srvDesc.Texture2D.MostDetailedMip = 0;
HR(md3dDevice->CreateShaderResourceView(tex.Get(), &srvDesc, texSRV.GetAddressOf()));

DDSTextureLoader和WICTextureLoader库

作为一个纹理相关的综合教程，我可能会重复之前我讲过的内容。

DDS位图和WIC位图

DDS是一种图片格式，是DirectDraw Surface的缩写，它是DirectX纹理压缩（DirectX Texture Compression，简称DXTC）的产物。由NVIDIA公司开发。大部分3D游戏引擎都可以使用DDS格式的图片用作贴图，也可以制作法线贴图。

WIC（Windows Imaging Component）是一个可以扩展的平台，为数字图像提供底层API，它可以支持bmp、dng、ico、jpeg、png、tiff等格式的位图。

如何添加进你的项目

在DirectXTex中找到DDSTextureLoader文件夹和WICTextureLoader文件夹中分别找到对应的头文件和源文件(不带12的)，并加入到你的项目中

DDSTextureLoader

CreateDDSTextureFromFile函数--从文件读取DDS纹理

HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const wchar_t* szFileName,              // [In]dds图片文件名
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]输出一个指向资源接口类的指针，也可以填nullptr
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]输出一个指向着色器资源视图的指针，也可以填nullptr
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [In]忽略
    
HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    ID3D11DeviceContext* d3dContext,        // [In]D3D设备上下文
    const wchar_t* szFileName,              // [In]dds图片文件名
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]输出一个指向资源接口类的指针，也可以填nullptr
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]输出一个指向着色器资源视图的指针，也可以填nullptr
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [In]忽略

第二个重载版本用于为DDS位图生成mipmaps，但大多数情况下你能载入的DDS位图本身都自带mipmaps了，与其运行时生成，不如提前为它制作mipmaps。

CreateDDSTextureFromFileEx函数--从文件读取DDS纹理的增强版

上面两个函数都使用了这个函数，而且如果你想要更强的扩展性，就可以了解一下：

HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
    bool forceSRGB,                         // [In]强制使用SRGB，默认false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可选)
    
HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    ID3D11DeviceContext* d3dContext,        // [In]D3D设备上下文
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
    bool forceSRGB,                         // [In]强制使用SRGB，默认false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可选)

CreateDDSTextureFromMemory函数--从内存创建DDS纹理

这里我只介绍简易版本的，因为跟上面提到的函数差别只是读取来源不一样，其余参数我就不再赘述：

HRESULT CreateDDSTextureFromMemory(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const uint8_t* ddsData,                 // [In]原dds文件读取到的完整二进制流
    size_t ddsDataSize,                     // [In]原dds文件的大小
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可选)

如果你需要生成mipmaps，就使用带D3D设备上下文的重载版本。

WICTextureLoader

CreateWICTextureFromFileEx

由于用法上和DDSTextureLoader大同小异，我这里也只提CreateWICTextureFromFileEx函数：

HRESULT CreateWICTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D设备
    const wchar_t* szFileName,              // [In]位图文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制纹理最大宽高，若超过则内部会缩放，默认0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚举值指定数据的CPU/GPU访问权限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举值
    unsigned int loadFlags,                 // [In]默认WIC_LOADER_DEAULT
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]获取创建好的纹理(可选)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView);// [Out]获取创建好的纹理资源视图(可选)

纹理子资源(Texture Subresources)

通常我们将包含mipmaps的纹理称作纹理，那么纹理子资源实际上指的就是其中的一个mip等级对应的2维数组(针对2维纹理来说)。比如512x512的纹理加载进来包含的mipmap等级数(Mipmap Levels)为10，包含了从512x512, 256x256, 128x128...到1x1的10个二维数组颜色数据，这十个纹理子资源在纹理中的内存是紧凑的，没有内存填充。

例如：上述纹理(R8G8B8A8格式) mip等级为1的纹理子资源首元素地址 为 从mip等级为0的纹理子资源首元素地址再偏移512x512x4字节的地址。

Direct3D API使用Mip切片(Mip slice)来指定某一mip等级的纹理子资源，也有点像索引。比如mip slice值为0时，对应的是512x512的纹理，而mip slice值1对应的是256x256，以此类推。

描述一个纹理子资源的两种结构体

如果你想要为2D纹理进行初始化，那么你要接触到的结构体类型为D3D11_SUBRESOURCE_DATA。定义如下：

typedef struct D3D11_SUBRESOURCE_DATA
{
    const void *pSysMem;    // 用于初始化的数据
    UINT SysMemPitch;       // 当前子资源一行所占的字节数(2D/3D纹理使用)
    UINT SysMemSlicePitch;  // 当前子资源一个完整切片所占的字节数(仅3D纹理使用)
}   D3D11_SUBRESOURCE_DATA;

而如果你使用的是ID3D11DeviceContext::Map方法来获取一个纹理子资源，那么获取到的是D3D11_SUBRESOURCE_DATA结构体，其定义如下：

typedef struct D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE {
    void *pData;        // 映射到内存的数据or需要提交的地址范围
    UINT RowPitch;      // 当前子资源一行所占的字节数(2D/3D纹理有意义)
    UINT DepthPitch;    // 当前子资源一个完整切片所占的字节数(仅3D纹理有意义)
} D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE;

若一张512x512的纹理(R8G8B8A8)，那么它的RowPitch为5124=2048字节，同理在初始化一个512x512的纹理(R8G8B8A8)，它的SysMemPitch为5124=2048字节。

通过内存初始化纹理

现在我们尝试通过代码的形式来创建一个纹理(以项目09作为修改)，代码如下：

uint32_t ColorRGBA(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, uint8_t a)
{
    return (r | (g << 8) | (b << 16) | (a << 24));
}


bool GameApp::InitResource()
{
    uint32_t black = ColorRGBA(0, 0, 0, 255), orange = ColorRGBA(255, 108, 0, 255);

    // 纹理内存映射，用黑色初始化
    std::vector<uint32_t> textureArrayMap(128 * 128, black);
    uint32_t(*textureMap)[128] = reinterpret_cast<uint32_t(*)[128]>(textureArrayMap.data());

    for (int y = 7; y <= 17; ++y)
        for (int x = 25 - y; x <= 102 + y; ++x)
            textureMap[y][x] = textureMap[127 - y][x] = orange;

    for (int y = 18; y <= 109; ++y)
        for (int x = 7; x <= 120; ++x)
            textureMap[y][x] = orange;

    // 创建纹理数组
    D3D11_TEXTURE2D_DESC texArrayDesc;
    texArrayDesc.Width = 128;
    texArrayDesc.Height = 128;
    texArrayDesc.MipLevels = 1;
    texArrayDesc.ArraySize = 1;
    texArrayDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    texArrayDesc.SampleDesc.Count = 1;      // 不使用多重采样
    texArrayDesc.SampleDesc.Quality = 0;
    texArrayDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    texArrayDesc.BindFlags = D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE;
    texArrayDesc.CPUAccessFlags = 0;
    texArrayDesc.MiscFlags = 0; // 指定需要生成mipmap

    D3D11_SUBRESOURCE_DATA sd;
    uint32_t * pData = textureArrayMap.data();
    sd.pSysMem = pData;
    sd.SysMemPitch = 128 * sizeof(uint32_t);
    sd.SysMemSlicePitch = 128 * 128 * sizeof(uint32_t);


    ComPtr<ID3D11Texture2D> tex;
    HR(md3dDevice->CreateTexture2D(&texArrayDesc, &sd, tex.GetAddressOf()));

    D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC srvDesc;
    srvDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    srvDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D;
    srvDesc.Texture2D.MipLevels = 1;
    srvDesc.Texture2D.MostDetailedMip = 0;
    HR(md3dDevice->CreateShaderResourceView(tex.Get(), &srvDesc, mTexSRV.GetAddressOf()));
    
    // ...
}

其它部分的代码修改就不讲了，最终效果如下：

但是如果你想要以初始化的方式来创建带mipmap的Texture2D纹理，则在初始化的时候需要提供D3D11_SUBRESOURCE_DATA数组，元素数目为MipLevels.

2D纹理数组

之前提到，D3D11_TEXTURE2D_DESC中可以通过指定ArraySize的值来将其创建为纹理数组。

HLSL中的2D纹理数组

首先来到HLSL代码，我们之所以不使用下面的这种形式创建纹理数组：

Texture2D gTexArray[7] : register(t0);

// 像素着色器
float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target
{
    float4 texColor = gTexArray[gTexIndex].Sample(gSam, float2(pIn.Tex));
    return texColor;
}

是因为这样做的话HLSL编译器会报错：sampler array index must be a literal experssion，即pin.PrimID的值也必须是个字面值，而不是变量。但我们还是想要能够根据变量取对应纹理的能力。

正确的做法应当是声明一个Texture2DArray的数组：

Texture2DArray gTexArray : register(t0);

Texture2DArray同样也具有Sample方法，用法示例如下：

// 像素着色器
float4 PS(VertexPosHTex pIn) : SV_Target
{
    float4 texColor = gTexArray.Sample(gSam, float3(pIn.Tex, gTexIndex));
    return texColor;
}

Sample方法的第一个参数依然是采样器

而第二个参数则是一个3D向量，其中x与y的值对应的还是纹理坐标，而z分量即便是个float，主要是用于作为索引值选取纹理数组中的某一个具体纹理。同理索引值0对应纹理数组的第一张纹理，1对应的是第二张纹理等等...

使用纹理数组的优势是，我们可以一次性预先创建好所有需要用到的纹理，并绑定到HLSL的纹理数组中，而不需要每次都重新绑定一个纹理。然后我们再使用索引值来访问纹理数组中的某一纹理。

D3D11CalcSubresource函数--计算子资源的索引值

对于纹理数组，每个元素都会包含同样的mip等级数。Direct3D API使用数组切片(array slice)来访问不同纹理，也是相当于索引。这样我们就可以把所有的纹理资源用下面的图来表示，假定下图有4个纹理，每个纹理包含3个子资源，则当前指定的是Array Slice为2，Mip Slice为1的子资源。

然后给定当前纹理数组每个纹理的mipmap等级数(Mipmap Levels)，数组切片(Array Slice)和Mip切片(Mip Slice)，我们就可以用下面的函数来求得指定子资源的索引值：

inline UINT D3D11CalcSubresource(UINT MipSlice, UINT ArraySlice, UINT MipLevels )
{ return MipSlice + ArraySlice * MipLevels; }

创建一个纹理数组

现在我们手头上仅有的就是DDSTextureLoader.h和WICTextureLoader.h中的函数，但这里面的函数每次都只能加载一张纹理。我们还需要修改龙书样例中读取纹理的函数，具体的操作顺序如下：

1. 一个个读取存有纹理的文件，创建出一系列ID3D11Texture2D对象，这里的每个对象单独包含一张纹理；
2. 创建一个ID3D11Texture2D对象，它同时也是一个纹理数组；
3. 将之前读取的所有纹理有条理地复制到刚创建的纹理数组对象中；
4. 为该纹理数组对象创建创建一个纹理资源视图（Shader Resource View）。

为了避免出现一些问题，这里实现的纹理数组加载的函数只考虑宽度和高度、数据格式、mip等级都一致的情况。

在d3dUtil.h中实现了这样两个函数：

// ------------------------------
// CreateDDSTexture2DArrayFromFile函数
// ------------------------------
// 该函数要求所有的dds纹理的宽高、数据格式、mip等级一致
// [In]d3dDevice            D3D设备
// [InOpt]d3dDeviceContext  D3D设备上下文
// [In]fileNames            dds文件名数组
// [OutOpt]textureArray     输出的纹理数组资源
// [OutOpt]textureArrayView 输出的纹理数组资源视图
// [In]generateMips         是否生成mipmaps
HRESULT CreateDDSTexture2DArrayFromFile(
    ID3D11Device * d3dDevice,
    ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
    const std::vector<std::wstring>& fileNames,
    ID3D11Texture2D** textureArray,
    ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
    bool generateMips = false);

// ------------------------------
// CreateWICTexture2DArrayFromFile函数
// ------------------------------
// 该函数要求所有的dds纹理的宽高、数据格式、mip等级一致
// [In]d3dDevice            D3D设备
// [InOpt]d3dDeviceContext  D3D设备上下文
// [In]fileNames            dds文件名数组
// [OutOpt]textureArray     输出的纹理数组资源
// [OutOpt]textureArrayView 输出的纹理数组资源视图
// [In]generateMips         是否生成mipmaps
HRESULT CreateWICTexture2DArrayFromFile(
    ID3D11Device * d3dDevice,
    ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
    const std::vector<std::wstring>& fileNames,
    ID3D11Texture2D** textureArray,
    ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
    bool generateMips = false);

还有就是d3dUtil.cpp用到的函数CreateTexture2DArray

第一步先讨论纹理的加载，这里`CreateDDSTexture2DArrayFromFile函数的实现如下：

HRESULT CreateDDSTexture2DArrayFromFile(
    ID3D11Device * d3dDevice,
    ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
    const std::vector<std::wstring>& fileNames,
    ID3D11Texture2D** textureArray,
    ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
    bool generateMips)
{
    // 检查设备、着色器资源视图、文件名数组是否非空
    if (!d3dDevice || !textureArrayView || fileNames.empty())
        return E_INVALIDARG;

    HRESULT hResult;
    // ******************
    // 读取所有纹理
    //

    UINT arraySize = (UINT)fileNames.size();
    std::vector<ID3D11Texture2D*> srcTex(arraySize, nullptr);
    for (size_t i = 0; i < arraySize; ++i)
    {
        // 由于这些纹理并不会被GPU使用，我们使用D3D11_USAGE_STAGING枚举值
        // 使得CPU可以读取资源
        hResult = CreateDDSTextureFromFileEx(d3dDevice, d3dDeviceContext,
            fileNames[i].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
            D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ, 
            0, false, (ID3D11Resource**)&srcTex[i], nullptr);

        if (FAILED(hResult))
            break;
    }

    if (hResult == S_OK)
    {
        hResult = CreateTexture2DArray(d3dDevice, d3dDeviceContext, srcTex,
            D3D11_USAGE_DEFAULT,
            D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE | (generateMips ? D3D11_BIND_RENDER_TARGET : 0),
            0,
            (generateMips ? D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS : 0),
            textureArray,
            textureArrayView);
    }
    

    for (size_t i = 0; i < arraySize; ++i)
        if (srcTex[i])
            srcTex[i]->Release();

    return hResult;

}

而WIC版的区别仅在于把CreateDDSTextureFromFileEx替换为CreateWICTextureFromFileEx：

hResult = CreateWICTextureFromFileEx(d3dDevice, d3dDeviceContext,
    fileNames[i].c_str(), 0, D3D11_USAGE_STAGING, 0,
    D3D11_CPU_ACCESS_WRITE | D3D11_CPU_ACCESS_READ,
    0, WIC_LOADER_DEFAULT, (ID3D11Resource**)&srcTex[i], nullptr);

在了解CreateTexture2DArray函数的实现前，你需要下面这些内容：

ID3D11DeviceContext::Map函数--获取指向子资源中数据的指针并拒绝GPU对该子资源的访问

HRESULT ID3D11DeviceContext::Map(
    ID3D11Resource           *pResource,          // [In]包含ID3D11Resource接口的资源对象
    UINT                     Subresource,         // [In]子资源索引
    D3D11_MAP                MapType,             // [In]D3D11_MAP枚举值，指定读写相关操作
    UINT                     MapFlags,            // [In]填0，忽略
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE *pMappedResource     // [Out]获取到的已经映射到内存的子资源
);

D3D11_MAP枚举值类型的成员如下：

D3D11_MAP成员	含义
D3D11_MAP_READ	映射到内存的资源用于读取。该资源在创建的时候必须绑定了 D3D11_CPU_ACCESS_READ标签
D3D11_MAP_WRITE	映射到内存的资源用于写入。该资源在创建的时候必须绑定了 D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签
D3D11_MAP_READ_WRITE	映射到内存的资源用于读写。该资源在创建的时候必须绑定了 D3D11_CPU_ACCESS_READ和D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签
D3D11_MAP_WRITE_DISCARD	映射到内存的资源用于写入，之前的资源数据将会被抛弃。该 资源在创建的时候必须绑定了D3D11_CPU_ACCESS_WRITE和 D3D11_USAGE_DYNAMIC标签
D3D11_MAP_WRITE_NO_OVERWRITE	映射到内存的资源用于写入，但不能复写已经存在的资源。 该枚举值只能用于顶点/索引缓冲区。该资源在创建的时候需要 有D3D11_CPU_ACCESS_WRITE标签，在Direct3D 11不能用于 设置了D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER标签的资源，但在 11.1后可以。具体可以查阅MSDN文档

ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource函数[2]--将内存数据拷贝到不可进行映射的子资源中

这个函数在之前我们主要是用来将内存数据拷贝到常量缓冲区中，现在我们也可以用它将内存数据拷贝到纹理的子资源当中：

void ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource(
  ID3D11Resource  *pDstResource,    // [In]目标资源对象
  UINT            DstSubresource,   // [In]对于2D纹理来说，该参数为指定Mip等级的子资源
  const D3D11_BOX *pDstBox,         // [In]这里通常填nullptr，或者拷贝的数据宽高比当前子资源小时可以指定范围 
  const void      *pSrcData,        // [In]用于拷贝的内存数据
  UINT            SrcRowPitch,      // [In]该2D纹理的 宽度*数据格式的位数
  UINT            SrcDepthPitch     // [In]对于2D纹理来说并不需要用到该参数，因此可以任意设置
);

ID3D11DeviceContext::UnMap函数--让指向资源的指针无效并重新启用GPU对该资源的访问权限

void ID3D11DeviceContext::Unmap(
    ID3D11Resource *pResource,      // [In]包含ID3D11Resource接口的资源对象
    UINT           Subresource      // [In]需要取消的子资源索引
);

D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV结构体

在创建着色器目标视图时，你还需要填充共用体中的D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV结构体：

typedef struct D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV
{
    UINT MostDetailedMip;       
    UINT MipLevels;
    UINT FirstArraySlice;
    UINT ArraySize;
}   D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV;

通过FirstArraySlice我们可以指定开始使用的纹理，ArraySize则指定使用的纹理数目。

例如我想指定像上面那样的范围，可以指定FirstArraySlice为1，ArraySize为2，MostDetailedMip为1，MipLevels为2.

最终CreateTexture2DArray的实现如下：

static HRESULT CreateTexture2DArray(
    ID3D11Device * d3dDevice,
    ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
    std::vector<ID3D11Texture2D*>& srcTex,
    D3D11_USAGE usage,
    UINT bindFlags,
    UINT cpuAccessFlags,
    UINT miscFlags,
    ID3D11Texture2D** textureArray,
    ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView)
{

    if (!textureArray && !textureArrayView || !d3dDevice || !d3dDeviceContext || srcTex.empty())
        return E_INVALIDARG;

    // 需要检验所有纹理的mipLevels，宽度和高度，数据格式是否一致，
    // 若存在数据格式不一致的情况，请使用dxtex.exe(DirectX Texture Tool)
    // 将所有的图片转成一致的数据格式
    UINT arraySize = (UINT)srcTex.size();
    std::vector<D3D11_TEXTURE2D_DESC> texDesc(arraySize);
    for (int i = 0; i < arraySize; ++i)
    {
        if (texDesc[i].MipLevels != texDesc[0].MipLevels || texDesc[i].Width != texDesc[0].Width ||
            texDesc[i].Height != texDesc[0].Height || texDesc[i].Format != texDesc[0].Format)
        {
            return E_FAIL;
        }
    }
    
    HRESULT hResult;
    bool generateMips = (bindFlags & D3D11_BIND_RENDER_TARGET) &&
        (miscFlags & D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS);
    // ******************
    // 创建纹理数组
    //

    D3D11_TEXTURE2D_DESC texArrayDesc;
    texArrayDesc.Width = texDesc[0].Width;
    texArrayDesc.Height = texDesc[0].Height;
    texArrayDesc.MipLevels = generateMips ? 0 : texDesc[0].MipLevels;
    texArrayDesc.ArraySize = arraySize;
    texArrayDesc.Format = texDesc[0].Format;
    texArrayDesc.SampleDesc.Count = 1;      // 不能使用多重采样
    texArrayDesc.SampleDesc.Quality = 0;
    texArrayDesc.Usage = usage;
    texArrayDesc.BindFlags = bindFlags;
    texArrayDesc.CPUAccessFlags = cpuAccessFlags;
    texArrayDesc.MiscFlags = miscFlags;

    ID3D11Texture2D* texArray;
    hResult = d3dDevice->CreateTexture2D(&texArrayDesc, nullptr, &texArray);
    if (FAILED(hResult))
    {
        for (size_t i = 0; i < arraySize; ++i)
            srcTex[i]->Release();
        return E_FAIL;
    }

    texArray->GetDesc(&texArrayDesc);
    // ******************
    // 将所有的纹理子资源赋值到纹理数组中
    //

    UINT minMipLevels = (generateMips ? 1 : texArrayDesc.MipLevels);
    // 每个纹理元素
    for (UINT i = 0; i < texArrayDesc.ArraySize; ++i)
    {
        // 纹理中的每个mipmap等级
        for (UINT j = 0; j < minMipLevels; ++j)
        {
            D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedTex2D;
            // 允许映射索引i纹理中，索引j的mipmap等级的2D纹理
            d3dDeviceContext->Map(srcTex[i],
                j, D3D11_MAP_READ, 0, &mappedTex2D);

            d3dDeviceContext->UpdateSubresource(
                texArray,
                D3D11CalcSubresource(j, i, texArrayDesc.MipLevels), // i * mipLevel + j
                nullptr,
                mappedTex2D.pData,
                mappedTex2D.RowPitch,
                mappedTex2D.DepthPitch);
            // 停止映射
            d3dDeviceContext->Unmap(srcTex[i], j);
        }
    }

    // ******************
    // 创建纹理数组的SRV
    //
    if (textureArrayView)
    {
        D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC viewDesc;
        viewDesc.Format = texArrayDesc.Format;
        viewDesc.ViewDimension = D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2DARRAY;
        viewDesc.Texture2DArray.MostDetailedMip = 0;
        viewDesc.Texture2DArray.MipLevels = texArrayDesc.MipLevels;
        viewDesc.Texture2DArray.FirstArraySlice = 0;
        viewDesc.Texture2DArray.ArraySize = arraySize;

        hResult = d3dDevice->CreateShaderResourceView(texArray, &viewDesc, textureArrayView);

        // 生成mipmaps
        if (hResult == S_OK && generateMips)
        {
            d3dDeviceContext->GenerateMips(*textureArrayView);
        }
    }

    // 检查是否需要纹理数组
    if (textureArray)
    {
        *textureArray = texArray;
    }
    else
    {
        texArray->Release();
    }

    return hResult;
}

(未完待续)

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