顶点声明

顶点声明

从概念上讲，顶点声明是对顶点直接内存访问（DMA）以及图形流水线的tessellator引擎进行编程的一种方法。顶点声明简要地表示了数据的布局及tessellator操作。为了解决Microsoft® DirectX® 8.x中顶点声明的复杂性和可扩展性，9.0版引入了用来表示顶点数据流的新格式。

顶点着色器和顶点声明不再是在CreateVertexShader的时候绑定在一起。对着色器的验证已经被分成两部分，一部分在顶点着色器创建时执行，另一部分在DrawPrimitive时执行。顶点着色器和顶点声明都由相应的对象表示。

Decls不再用DWORD流表示。它们现在用一个D3DVERTEXELEMENT9结构的数组表示。数组中的每个元素描述一个顶点元素。

另外，为了解决API的可用性问题，9.0版增加了一个与SetVertexDeclaration调用等价的SetFVF调用。这是一个有用的函数，当调用这个函数时，新的FVF会取代当前的顶点声明，反之亦然。如果驱动程序是DirectX 8.0之前的版本（NumStream为0），那么对于那些不能被转换成弹性顶点格式（FVF）的顶点声明，SetVertexDeclaration可能会失败并返回错误码。SetFVF既能用于固定功能顶点流水线，又能用于可编程顶点流水线。在内部，系统会根据把FVF映射到DirectX 9.0中的Decl中定义的规则，把FVF码转换为顶点着色器声明。在编写顶点着色器函数中的DCL命令时，应该紧记这一点。因为这个转换的关系，所有后面的讨论将仅限于顶点声明。

D3DVERTEXELEMENT9结构

以下是D3DVERTEXELEMENT9结构中的域以及说明。

Stream（数据流） - 数据流的编号，当前域会从该编号的数据流中读取。
Offset（偏移量） - 偏移量，表示当前域从哪里开始读取，以字节为单位。
Type（类型） - 输入数据的类型，以及数据在传入顶点着色器的寄存器时如何转换格式，也就是，float1,float2,short2n等等。输出的类型由方法决定，有些方法有隐式的输入类型。
Method（方法） - 将由tessellator（或任何程序化的几何函数）对指定的输入执行的任何预定义操作。

D3DDECLMETHOD_DEFAULT: 当使用tessellator时，这个元素被插值或复制到顶点处理器的输入寄存器中。这个操作的输入可以是任何类型。这个操作的输出类型与输入相同。
D3DDECLMETHOD_PARTIALU: 计算rectangular patch（R-patch）上某一点在U方向上的正切值。这个操作的输入类型可以是D3DDECLTYPE_FLOAT[43]，D3DDECLTYPE_D3DCOLOR，D3DDECLTYPE_UBYTE4，或D3DDECLTYPE_SHORT4。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT3。
D3DDECLMETHOD_PARTIALV: 计算R-patch上某一点在V方向上的正切值。这个操作的输入类型可以是D3DDECLTYPE_FLOAT[43]，D3DDECLTYPE_D3DCOLOR，D3DDECLTYPE_UBYTE4，D3DDECLTYPE_SHORT4。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT3。
D3DDECLMETHOD_CROSSUV: 通过求两个正切值的叉积计算rect/tri patches（RT-patch）上某一点的法向。这个操作的输入类型可以是D3DDECLTYPE_FLOAT[43]，D3DDECLTYPE_D3DCOLOR，D3DDECLTYPE_UBYTE4，或D3DDECLTYPE_SHORT4。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT3。
D3DDECLMETHOD_UV: 复制RT-patch上某一点的U,V值，产生一个二维浮点数。这个操作的输入类型必须被设为D3DDECLTYPE_UNUSED。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT2。输入数据流和偏移量也没有用到（但必须被设为0）。
D3DDECLMETHOD_LOOKUP: 查找一个位移贴图。输入类型可以是D3DDECLTYPE_FLOAT[234]。只有.x和.y成员被用于纹理贴图查找。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT4。只有设备支持位移贴图时才能使用这个方法。这个方法只能和D3DDECLUSAGE_SAMPLE一起使用。
D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED: 查找一个预取样的位移贴图。输入类型、流索引值和流偏移量都没有用到（类型必须被设为D3DDECLTYPE_UNUSED，数据流和偏移量必须被设为0）。这个操作的输出类型总是D3DDECLTYPE_FLOAT4。只有设备支持位移贴图时才能使用这个方法。这个方法只能和D3DDECLUSAGE_SAMPLE一起使用。

Semantic Type（语义类型） - 元素的用途。例如，是否是一个法向量？这对N-patches很有用，并能极大地增强各种数据布局和顶点着色器间的互操作性。TEXCOORDS语义可被用作用户定义的域（Microsoft® Direct3D®没有为这些域定义现成的语义）。一般来说语义是一种把顶点声明和顶点着色器绑定在一起的机制，但是在某种情况下，它们有特殊的解释。例如，N-patch tessellator用一个含有NORMAL和POSITION语义的元素来设置tessellation。

以下这些都是允许的。

语义，用途索引	特殊解释
(D3DDECLUSAGE_POSITION, 0 )	固定功能着色器和N-patch中未经变换的位置。
(D3DDECLUSAGE_POSITION, 1)	固定功能着色器中用于蒙皮的未经变换的位置。
(D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT, 0)	在固定功能顶点着色器中的混合加权。
(D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES, 0)	固定功能顶点着色器中indexed paletted skinning的矩阵索引
(D3DDECLUSAGE_NORMAL, 0)	固定功能顶点着色器和N-patch tessellator中的顶点法向
(D3DDECLUSAGE_NORMAL, 1)	固定功能顶点着色器中用于蒙皮的顶点法向。
(D3DDECLUSAGE_PSIZE, 0)	为实现point sprite功能，给光栅化器的设置引擎使用的点的大小属性，用来把一个点扩展成一个四边形。
(D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, n)	固定功能顶点着色器和3.0版以前的像素着色器中的纹理坐标。可以用来传递用户定义的数据。
(D3DDECLUSAGE_TANGENT, n)	正切值。没有特别的解释。
(D3DDECLUSAGE_BINORMAL, n)	副法线（Binormal）。没有特别的解释。
(D3DDECLUSAGE_TESSFACTOR, 0)	在tessellation单元中使用的tessellation因子，用来控制tessellation比率。
(D3DDECLUSAGE_POSITIONT, 0)	变换后的位置。当设置了包含该语义的声明时，顶点处理会被跳过。
(D3DDECLUSAGE_COLOR, 0)	固定功能顶点着色器和3.0版以前的像素着色器中的漫反射色。
(D3DDECLUSAGE_COLOR, 1)	固定功能顶点着色器和3.0版以前的像素着色器中的镜面反射色。
(D3DDECLUSAGE_FOG, 0)	当设置了3.0版以前的像素着色器时，在像素着色器处理之后使用的雾混合值。
(D3DDECLUSAGE_DEPTH, n)	深度。没有特别的解释。
(D3DDECLUSAGE_SAMPLE, n)	查找得到的位移值。只能和D3DDECLMETHOD_LOOKUP或D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAPLED一起使用。

有一个特殊的顶点元素值被视为顶点着色器声明的结束。这个值是#define D3DDECL_END() {0xFF,0,0,0,0,0}。

UsageIndex与Usage连用用来指定一个顶点元素的语义。现在用户可以指定Usage为D3DDECLUSAGE_POSITION以及UsageIndex = 1，而不是像Microsoft DirectX® 8.x中那样使用D3DVSDE_POSITION2。

一个Decl指定tessellator引擎（或者万一没有使用tessellator引擎的话，就直接是顶点处理引擎，）的输入和输出，顶点元素中的类型域指定输入到decl的数据类型。输出类型由方法隐式决定。

顶点着色器中有如下形式的前缀{semantic, semantic index, register number}。运行库会把声明的语义与着色器的语义信息进行匹配，这样就把输入寄存器和数据流中的字节偏移量配成一对。

把FVF映射到DirectX 9.0的Decl

FVF	数据类型	用途	用途索引
D3DFVF_XYZ	D3DDECLTYPE_FLOAT3	D3DDECLUSAGE_POSITION	0
D3DFVF_XYZRHW	D3DDECLTYPE_FLOAT4	D3DDECLUSAGE_POSITIONT	0
D3DFVF_XYZW	D3DDECLTYPE_FLOAT4	D3DDECLUSAGE_POSITION	0
D3DFVF_XYZB5 and D3DFVF_LASTBETA_UBYTE4	D3DVSDT_FLOAT3 D3DVSDT_FLOAT4 D3DVSDT_UBYTE4	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0
D3DFVF_XYZB5 and D3DFVF_LASTBETA_D3DCOLOR	D3DVSDT_FLOAT3 D3DVSDT_FLOAT4 D3DVSDT_D3DCOLOR	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0
D3DFVF_XYZB5	D3DDECLTYPE_FLOAT3 D3DDECLTYPE_FLOAT4 D3DDECLTYPE_FLOAT1	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0
D3DFVF_XYZBn (n=1..4)	D3DDECLTYPE_FLOAT3 D3DDECLTYPE_FLOATn	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT	0
D3DFVF_XYZBn (n=1..4) and D3DFVF_LASTBETA_UBYTE4	D3DDECLTYPE_FLOAT3 D3DDECLTYPE_FLOAT(n-1) D3DDECLTYPE_UBYTE4	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0
D3DFVF_XYZBn (n=1..4) and D3DFVF_LASTBETA_D3DCOLOR	D3DDECLTYPE_FLOAT3 D3DDECLTYPE_FLOAT(n-1) D3DDECLTYPE_D3DCOLOR	D3DDECLUSAGE_POSITION D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0
D3DFVF_NORMAL	D3DDECLTYPE_FLOAT3	D3DDECLUSAGE_NORMAL	0
D3DFVF_PSIZE	D3DDECLTYPE_FLOAT1	D3DDECLUSAGE_PSIZE	0
D3DFVF_DIFFUSE	D3DDECLTYPE_D3DCOLOR	D3DDECLUSAGE_COLOR	0
D3DFVF_SPECULAR	D3DDECLTYPE_D3DCOLOR	D3DDECLUSAGE_COLOR	1
D3DFVF_TEXCOORDSIZEm(n)	D3DDECLTYPE_FLOATm	D3DDECLUSAGE_TEXCOORD	n

使用了D3DDECLUSAGE_POSITIONT的顶点声明

(D3DUSAGE_POSITIONT, 0)顶点元素的存在用来告诉设备输入的顶点数据已经经过了顶点处理（和FVF中设置了D3DFVF_XYZRHW位相似）。在绘制时，如果当前设置的顶点声明中的某一元素具有(D3DUSAGE_POSITIONT, 0)语义，那么整个顶点处理会被略过（就和FVF中设置了D3DFVF_XYZRHW位相似）。

使用(D3DDECLUSAGE_POSITIONT, 0)的顶点声明有一些限制：

此类声明中只能使用数据流零。
顶点元素必须以偏移量递增的方式存储。
数据流中的偏移量必须对齐到DWORD。
一对相同的（用途，用途索引）只能出现一次。
只能使用D3DDECLMETHOD_DEFAULT方法。
其余顶点元素不能具有（D3DDECLUSAGE_POSITION, 0）语义。

此外，此类声明还有一些与驱动程序版本有关的限制。这些限制的存在是因为Direct3D直接把此类声明传送给驱动程序而没有做任何转换。

DirectX 9.0之前的驱动程序

输入的声明必须可以被翻译成一个有效的FVF（顶点元素及其数据类型具有相同的顺序）。
纹理坐标间不允许有间隔。这意味着如果有一个(D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, n)顶点元素，那么同时也应该有一个(D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, n-1)顶点元素。

不支持3.0版本像素着色器的DirectX 9.0驱动程序

输入的声明必须可以被翻译成一个有效的FVF（顶点元素及其数据类型具有相同的顺序）。
纹理坐标间不允许有间隔。

支持3.0版本像素着色器的DirectX 9.0驱动程序

允许更通用的声明。

顶点元素的顺序可以任意排列，可以使用任何数据类型。
如果设备设置了D3DDEVCAPS2_VERTEXELEMENTSCANSHARESTREAMOFFSET能力位，那么多个顶点元素可以在共享相同的数据流偏移量的同时具有不同的类型。

未使用D3DDECLUSAGE_POSITIONT的顶点声明

运行库会在创建声明时进行验证。以下是一些通用的规则，用来判断声明的合法性。

数据流中所有的顶点元素必须是连续的，并按偏移量排序。
数据流偏移量必须对齐到DWORD。
一对相同的（用途，用途索引）只能出现一次。
如果设置了D3DDEVCAPS2_VERTEXELEMENTSCANSHARESTREAMOFFSET能力位，那么顶点元素可以：

多个顶点元素可以共享数据流中相同的偏移量。
它们可以是不同的类型，从而有不同的大小。
它们可以任意地重叠。例如，一个元素在数据流中的起始位置可以同时位于另一个元素的中间。
顶点元素的数据流偏移量的顺序可以是任意的。

顶点元素的数量不能大于64。
UsageIndex应该在[0-15]范围内。
用于DrawPrimitive API的声明，不应该包含除了D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED或D3DDECLMETHOD_LOOKUP之外的顶点元素。
包含D3DDECLMETHOD_LOOKUP或LOOKUPPRESAMPLED的顶点声明，应该只用于可编程顶点流水线。
用于DrawRectPatch/DrawTriPatch API的声明，不能包含D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED或D3DDECLMETHOD_LOOKUP顶点元素。
声明只能有一个使用D3DDECLMETHOD_LOOKUP或D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED方法的元素。
使用了D3DDECLMETHOD_LOOKUP或D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED的声明不应该使用D3DDECLMETHOD_DEFAULT之外的元素，因为位移贴图只对N-patches进行。
使用了D3DDECLMETHOD_LOOKUP或D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED的顶点元素只能和(D3DDECLUSAGE_SAMPLE, n)一起使用，反之亦然。
如果一个使用了D3DDECLMETHOD_LOOKUP方法的顶点元素的数据流索引和偏移量与现有的顶点元素相同，那么该顶点元素也应该具有相同的数据类型。
使用了D3DDECLMETHOD_LOOKUP方法的顶点元素应该具有D3DDECLTYPE_FLOAT2/3/4数据类型。
使用了D3DDECLMETHOD_CROSSUV, D3DDECLMETHOD_PARTIALU和D3DDECLMETHOD_PARTIALV的顶点元素应该具有兼容的数据类型。
使用了D3DDECLMETHOD_UV或D3DDECLMETHOD_LOOKUPPRESAMPLED的顶点元素的类型必须是D3DDECLTYPE_UNUSED，数据流索引和偏移量必须为0。
使用了D3DDECLMETHOD_UV, D3DDECLMETHOD_PARTIALU和D3DDECLMETHOD_PARTIALV方法的声明只能用于DrawRectPath。
用途D3DDECLUSAGE_TESSFACTOR只能和数据类型D3DDECLTYPE_FLOAT1及用途索引0一起使用。
把一个声明用于tessellation（DrawRectPatch, DrawTriPatch, N-patches）时，数据类型必须小于或等于D3DDECLTYPE_SHORT4。
如果声明包含的方法需要特定的设备能力（例如，位移贴图，RT-patches），那么只有当设备支持这些能力时才能创建。
用于绘制点和线的顶点声明，不能使用除了D3DDECLMETHOD_DEFAULT之外的方法。
可以创建哪些声明还取决于驱动程序的能力。

用于可编程顶点流水线

在绘制时Direct3D会在当前顶点声明和当前顶点着色器函数中查找相同的“用途 – 用途索引”组合。如果找到，那么着色器函数DCL中的寄存器会被用作顶点元素的目的寄存器。
如果当前顶点声明中的某个顶点元素的用途未能在当前顶点着色器中找到，那么该顶点元素就被忽略。
当使用版本2.0以下的顶点着色器时，在着色器代码中用到的所有语义，必须存在于在绘制时与之绑定的声明中。当使用版本2.0及以上的顶点着色器时，不存在这种限制，这使应用程序可以把同一个顶点着色器和不同的顶点声明一起使用。当顶点着色器根据静态条件读取输入数据时，这是有用的。因为这个原因而未被初始化的顶点着色器寄存器会包含未定义的值。

当在一个DirectX 8.x驱动程序上使用硬件顶点处理时，还有其它的限制：

顶点元素不能重叠或共享相同的偏移量。
只能使用DirectX 8.x驱动程序能够理解的数据类型。

如果提供的声明无法被转换为DirectX 8.x风格的声明，那么CreateVertexDeclaration可能会失败。对混合模式设备来说，这种失败会发生在Draw*时刻，因为只有这时候才能知道着色器是被用于硬件还是软件顶点处理。

用于固定功能顶点流水线

只能使用符合以下规则的声明：

顶点元素之间不能有间隔（固定功能流水线使用了DirectX 8.x声明，而SKIP在DirectX 8.x声明中是不允许的）
必须指定(D3DDECLUSAGE_POSITION, 0)语义，并且具有D3DDECLTYPE_FLOAT3数据类型。
使用了D3DDECLMETHOD_UV方法的顶点元素必须指定D3DDECLUSAGE_TEXCOORD或D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT用途。
使用了D3DDECLMETHOD_PARTIALU, D3DDECLMETHOD_PARTIALV或D3DDECLMETHOD_CROSSUV的顶点元素只能和这些用途一起使用：D3DDECLUSAGE_POSITION, D3DDECLUSAGE_NORMAL, D3DDECLUSAGE_BLENDWIEGHT或D3DDECLUSAGE_TEXCOORD，并且输入类型必须是D3DDECLTYPE_FLOAT3。

当声明和DirectX 8.x驱动程序的硬件顶点处理一起使用时，Direct3D运行库会根据以下规则把它转换为DirectX 8.x风格的声明。

顶点元素不能共享数据流中相同的偏移量，并且不能重叠。
数据类型必须小于或等于D3DDECLTYPE_SHORT4。
只允许以下这些方法：D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLMETHOD_CROSSUV, D3DDECLMETHOD_UV。
根据把DirectX 9.0声明映射到DirectX 8.x声明把Usage和UsageIndex转换到寄存器值。
把DirectX 9.0声明映射到DirectX 8.x声明列出了哪些DirectX 9.0语义可以被转换到DirectX 8.x风格的声明。
如果声明中有n个顶点元素，其中元素0 - m (m < n)可以映射到FVF（把DirectX 9.0声明映射到FVF位中描述的元素），但元素m+1不可以，那么：

如果m+2到n-1之间的任何一个顶点元素可以映射到FVF/dx8decl，那么声明就是无效的。
根据把DirectX 9.0声明映射到FVF位，对元素0到m进行转换（由DirectX 8.0运行库和旧的驱动程序，以及DirectX 9.0驱动程序执行）。m+1, m+2直到n-1被映射到连续的texcoord(k), texcoord(k+1)，k为元素0 – m之间的texcoord（的数量）。
映射后的texcoord的数据类型会是float[1234]，取代当前元素原来的数据类型（但大小是相同的）。因此即使现有的数据类型没有被包括在把DirectX 9.0声明映射到FVF位中，也没有关系。
如果k到达8，那么声明对FVF/dx8decl来说就是无效的。
如果存在任何到texcoord的映射，那么除了DEFAULT方法，整个声明不能包含使用（纹理）生成方法的元素，否则声明对FVF/dx8decl来说就是无效的。

把DirectX 9.0声明映射到DirectX 8.x声明

DirectX 9.0用途	DirectX 9.0用途索引	DirectX 8.0
D3DDECLUSAGE_POSITION	0	D3DVSDE_POSITION
D3DDECLUSAGE_POSITION	1	D3DVSDE_POSITION2
D3DDECLUSAGE_NORMAL	0	D3DVSDE_NORMAL
D3DDECLUSAGE_NORMAL	1	D3DVSDE_NORMAL2
D3DDECLUSAGE_BLENDWEIGHT	0	D3DVSDE_BLENDWEIGHT
D3DDECLUSAGE_BLENDINDICES	0	D3DVSDE_BLENDINDICES
D3DDECLUSAGE_PSIZE	0	D3DVSDE_PSIZE
D3DDECLUSAGE_COLOR	0	D3DVSDE_DIFFUSE
D3DDECLUSAGE_COLOR	1	D3DVSDE_SPECULAR
D3DDECLUSAGE_TEXCOORD	n	D3DVSDE_TEXCOORDn

当声明和DirectX 7.0驱动程序上的硬件顶点处理一起使用时，Direct3D运行库会根据以下规则把它转换为FVF。

只能使用数据流0（显然可以从MaxStreams设备能力中看出）。
顶点元素的顺序应该和