Direct2D开发：纹理混合

Posted 2020-08-24

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一、概述

我们都知道Direct2D可以加载并显示图片，但是不知道你有没有想过，这个2D的图形引擎可以进行纹理混合吗？如果可以进行纹理混合，那我们2D的图形引擎就可以做更多的事情，比如蒙版这个概念，我们可以对图片进行更加丰富的操作。

接触过3D渲染知识的人都知道着色器这个东西，在3D渲染中，着色器分为顶点着色器和像素着色器，这里我们主要实现的是类似于3D渲染中的像素着色器的功能，即纹理（图片）混合。

 

二、思路解析

在Direct2D中想要实现纹理（图片）混合的功能，我们就可以考虑，如果我们可以读写纹理（图片）的每个像素的color数据，那就可以实现纹理（图片）混合的功能。

但是我们如何来操作（读写）图片的像素数据呢？

因为Direct2D加载图片是用windows图像处理组件（WIC），我在WIC的MSDN文档中找到了方法。

1.IWICBitmap::Lock函数介绍

HRESULT Lock(
  [in]  const WICRect        *prcLock,
  [in]        DWORD          flags,
  [out]       IWICBitmapLock **ppILock
);

功能 ：提供对位图的矩形区域的访问
参数 ：
	prcLock [in]	要访问的矩形区域
	flags 	[in]	访问模式（读/写）
	ppILock [out]	接收锁定的内存位置的指针，IWICBitmapLock类型
返回 ：如果成功，返回S_OK

 

2.关于IWICBitmapLock类型，我们介绍它的一个成员函数：

HRESULT GetDataPointer(
  [out] UINT *pcbBufferSize,
  [out] BYTE **ppbData
);

功能：获取锁定矩形中左上角像素的指针
参数：
	pcbBufferSize 	[out]	获取内存大小
	ppbData 		[out]	获取内存数据

 

接下来，我们将详细介绍实现纹理混合的过程。

 

三、纹理混合实现

1.加载IWICBitmap对象

这一步相信大家都很熟悉了，因为每次创建D2D位图都必须经过这一步操作。直接上代码：

ID2D1Bitmap*			pBitmap		= NULL;
IWICBitmapDecoder*		pDecoder	= NULL;
IWICBitmapFrameDecode*	pSource		= NULL;
IWICBitmap*				pWIC		= NULL;
IWICFormatConverter*	pConverter	= NULL;
IWICBitmapScaler*		pScaler		= NULL;
UINT					originalWidth	= 0;
UINT					originalHeight	= 0;

// 1.加载IWICBitmap对象

HRESULT hr = pIWICFactory->CreateDecoderFromFilename(
	uri,
	NULL,
	GENERIC_READ,
	WICDecodeMetadataCacheOnLoad,
	&pDecoder
	);

if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pDecoder->GetFrame(0, &pSource);
}

if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pSource->GetSize(&originalWidth,&originalHeight);
}

if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pIWICFactory->CreateBitmapFromSourceRect(
		pSource, 0,0,(UINT)originalWidth,(UINT)originalHeight, &pWIC);
}

 

2.从IWICBitmap对象读取像素数据

先从WIC位图创建IWICBitmapLock对象，然后从IWICBitmapLock获取图片像素数据的指针，代码如下：

	// 2.从IWICBitmap对象读取像素数据
	IWICBitmapLock *pILock = NULL;
	WICRect rcLock = { 0, 0, originalWidth, originalHeight };
	hr = pWIC->Lock(&rcLock, WICBitmapLockWrite, &pILock);

	if (SUCCEEDED(hr))
	{
		UINT cbBufferSize = 0;
		BYTE *pv = NULL;

		if (SUCCEEDED(hr))
		{
			// 获取锁定矩形中左上角像素的指针
			hr = pILock->GetDataPointer(&cbBufferSize, &pv);
		}

 

3.进行纹理混合的像素计算

对获取到的图片像素数据进行像素计算，代码如下：

		// 3.进行纹理混合的像素计算
		for (unsigned int i=0; i<cbBufferSize; i+=4)
		{
			if (pv[i+3] != 0)
			{
				pv[i]	*=color.b;
				pv[i+1]	*=color.g;
				pv[i+2]	*=color.r;
				pv[i+3] *=color.a;
			}
		}

在上面代码中，需要注意的是像素计算的方法为颜色color的分量相乘。

还有，细心的朋友可以看出，像素数据的步长为4，每个步长内的4个数组成一个像素完整的颜色值，并且颜色格式为BGRA格式，每一个颜色的取值范围为0.f~1.f。

 

4.颜色混合操作结束，释放IWICBitmapLock对象

纹理混合计算结束后，调用Rlease函数释放IWICBitmapLock对象，即可将计算后的图片像素数据写入IWICBitmap对象即WIC位图，如下：

		// 4.颜色混合操作结束，释放IWICBitmapLock对象
		pILock->Release();

 

5.使用WIC位图创建D2D位图

到现在为止，真正意义上的纹理混合的像素数据的读取、计算和写入就完成了。我们直接使用WIC位图创建D2D位图即可，如下：

// 5.使用IWICBitmap对象创建D2D位图

if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pIWICFactory->CreateFormatConverter(&pConverter);
}
if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pIWICFactory->CreateBitmapScaler(&pScaler);
}
if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pScaler->Initialize(pWIC, (UINT)originalWidth, (UINT)originalHeight, WICBitmapInterpolationModeCubic);
}
if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pConverter->Initialize(
		pScaler,
		GUID_WICPixelFormat32bppPBGRA,
		WICBitmapDitherTypeNone,
		NULL,
		0.f,
		WICBitmapPaletteTypeMedianCut
		);
}

if (SUCCEEDED(hr))
{
	hr = pRenderTarget->CreateBitmapFromWicBitmap(
		pConverter,
		NULL,
		&pBitmap
		);
}

 

6.显示

上面的一系列纹理混合操作结束后，我们就可以将混合之后的纹理绘制到窗口显示了。

在我们这个例子中，创建了4个ID2D1Bitmap对象即D2D位图，m_pBitmap为原图的位图，m_pBitmapBlended、m_pBitmapBlended1、m_pBitmapBlended2分别为原图和红色、绿色、蓝色进行纹理混合之后的位图，创建代码如下（GetBlendedBitmapFromFile函数为我们上面介绍的所有步骤）：

		// 创建位图
		if (SUCCEEDED(hr))
		{
			LoadBitmapFromFile(m_pRT,m_pWICFactory, L"bitmap.png",0,0, &m_pBitmap);
		}

		// 创建位图，并进行颜色混合
		if (SUCCEEDED(hr))
		{
			// 从文件创建WIC位图，将WIC位图进行颜色混合，之后创建D2D位图
			m_pBitmapBlended = GetBlendedBitmapFromFile(m_pWICFactory, m_pRT, L"bitmap.png", D2D1::ColorF(1, 0, 0, 1));//红色
			m_pBitmapBlended1 = GetBlendedBitmapFromFile(m_pWICFactory, m_pRT, L"bitmap.png", D2D1::ColorF(0, 1, 0, 1));//绿色
			m_pBitmapBlended2 = GetBlendedBitmapFromFile(m_pWICFactory, m_pRT, L"bitmap.png", D2D1::ColorF(0, 0, 1, 1));//蓝色
		}

 

结果演示图如下：

 

前面只介绍了纹理混合的重要代码，其余代码就不列出了，有兴趣的朋友可以点击此处下载，源码为D2DBitmapBlend。

 

四、扩展延伸

上面介绍完Direct2D中的纹理混合操作，但是还是比较简单的操作，因为它只对纹理进行颜色混合。

其实，我们还可以进行纹理之间的混合操作。原理很简单，如下：

　　1.创建叠加纹理，读取像素数据；

　　2.创建主纹理，读取叠加像素数据；

　　3.使用主像素数据和叠加像素数据行混合操作；

　　4.使用计算后的主纹理WIC位图创建D2D位图；

　　5.显示。

注意，两个纹理进行混合的计算方法很重要，这需要借鉴3D渲染中的线性插值法进行纹理混合。

 

接触过3D渲染的朋友都会知道，3D渲染中，纹理混合的计算方式原理为线性插值，比如GLSL中mix函数，如下：

genType mix (genType x, genType y, float a)

最终的片段颜色值由mix函数将两者进行混合后得到。mix这个函数是GLSL中一个特殊的线性插值函数，前两个参数分别为主纹理和叠加纹理的像素数据，第三个参数为纹理混合中的叠加纹理所占的比例，计算原理如下：

　　x和y混合之后 = x⋅(1−a)+y⋅a

这就是我们用到的纹理混合的计算原理。

 

我们现在进行2个纹理混合的操作，这里我只贴上纹理混合的线性混合计算的部分：

		for (unsigned int i=0; i<cbBufferSize; i+=4)
		{
			if (pv[i+3] != 0)
			{
				pv[i]	= pv[i]*(1-proportion)	 + pv1[i]*proportion;
				pv[i+1]	= pv[i+1]*(1-proportion) + pv1[i+1]*proportion;
				pv[i+2]	= pv[i+2]*(1-proportion) + pv1[i+2]*proportion;
				pv[i+3] = pv[i+3]*(1-proportion) + pv1[i+3]*proportion;				
			}
		}

上面计算部分的proportion为叠加纹理占的比例，这个参数是纹理混合中必不可少的部分。其余代码省略，有兴趣的朋友可以点击此处下载，源码为D2DBitmapBlendWithBitmap。

 

这是两个纹理混合后的效果如下：

 

五、结语

Direct2D中的纹理混合过程到这里就全部介绍完了。这样我们使用Direct2D也可以达到3D渲染中纹理混合的效果了。