DirectX11--深入理解與使用2D紋理資源

前言

寫教程到現在，我發現有關紋理資源的一些解說和應用都寫的太過分散，導致連我自己找起來都不方便。現在決定把這部分的內容整合起來，儘可能做到一篇搞定所有2D紋理相關的內容，其中包括：

1. 2D紋理的一般創建方法
2. DDSTextureLoader和WICTextureLoader
3. 2D紋理數組的一般創建方法
4. 2D紋理立方體的一般創建方法(未完工)
5. 紋理子資源
6. 紋理資源的完整複製(未完工)
7. 紋理子資源指定區域的複製(未完工)
8. 紋理從GPU映射回CPU進行修改
9. 使用內存初始化紋理

你必須要先了解紋理映射，然後再來看這部分內容。

由於這篇的工作量實在是太大了，目前下面這些代碼我還沒有提交到項目，而且這篇博客還在施工中，等我全部寫完再提交一遍。

章節回顧

09 紋理映射與採樣器狀態

DirectX11 With Windows SDK完整目錄

Github項目源碼

歡迎加入QQ羣: 727623616 可以一起探討DX11，以及有什麼問題也可以在這裏彙報。

2D紋理

Direct3D 11允許我們創建1D紋理、2D紋理、3D紋理，分別對應的接口爲ID3D11Texture1D, ID3D11Texture2D和ID3D11Texture3D。創建出來的對象理論上不僅在內存中佔用了它的實現類所需空間，還在顯存中佔用了一定空間以存放紋理的實際數據。

由於實際上我們最常用到的就是2D紋理，因此這裏不會討論1D紋理和3D紋理的內容。

首先讓我們看看D3D11對一個2D紋理的描述：

typedef struct D3D11_TEXTURE2D_DESC
{
    UINT Width;                     // 紋理寬度
    UINT Height;                    // 紋理高度
    UINT MipLevels;                 // 允許的Mip等級數
    UINT ArraySize;                 // 可以用於創建紋理數組，這裏指定紋理的數目，單個紋理使用1
    DXGI_FORMAT Format;             // DXGI支持的數據格式，默認DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // MSAA描述
    D3D11_USAGE Usage;              // 使用D3D11_USAGE枚舉值指定數據的CPU/GPU訪問權限
    UINT BindFlags;                 // 使用D3D11_BIND_FLAG枚舉來決定該數據的使用類型
    UINT CPUAccessFlags;            // 使用D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚舉來決定CPU訪問權限
    UINT MiscFlags;                 // 使用D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚舉
}   D3D11_TEXTURE2D_DESC;

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC
{
    UINT Count;                     // MSAA採樣數
    UINT Quality;                   // MSAA質量等級
} DXGI_SAMPLE_DESC;

這裏特別要講一下MipLevels：

1. 如果你希望它不產生mipmap，則應當指定爲1(只包含最大的位圖本身)
2. 如果你希望它能夠產生完整的mipmap，可以指定爲0，這樣你就不需要手工去算這個紋理最大支持的mipmap等級數了，在創建好紋理後，可以再調用ID3D11Texture2D::GetDesc來查看實際的MipLevels值是多少
3. 如果你指定的是其它的值，這裏舉個例子，該紋理的寬高爲400x400，mip等級爲3時，該紋理會產生400x400，200x200和100x100的mipmap

對於經常作爲着色器資源的紋理，通常是不能對其開啓MSAA的，應當把Count設爲1，Quality設爲0

緊接着是DXGI_FORMAT：

它用於指定紋理存儲的數據格式，最常用的就是DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM了。這種格式在內存的排布可以用下面的結構體表示：

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

瞭解這個對我們後期通過內存填充紋理十分重要。

然後是Usage：

D3D11_USAGE	CPU讀	CPU寫	GPU讀	GPU寫
D3D11_USAGE_DEFAULT			√	√
D3D11_USAGE_IMMUTABLE			√
D3D11_USAGE_DYNAMIC		√	√
D3D11_USAGE_STAGING	√	√	√	√

如果一個紋理以D3D11_USAGE_DEFAULT的方式創建，那麼它可以使用下面的這些方法來更新紋理：

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

通過DDSTextureLoader或WICTextureLoader創建出來的紋理默認都是這種類型

而如果一個紋理以D3D11_USAGE_IMMUTABLE的方式創建，則必須在創建階段就完成紋理資源的初始化。此後GPU只能讀取，也無法對紋理再進行修改

D3D11_USAGE_DYNAMIC創建的紋理通常需要頻繁從CPU寫入，使用ID3D11DeviceContext::Map方法將顯存映射回內存，經過修改後再調用ID3D11DeviceContext::UnMap方法應用更改。而且它對紋理有諸多的要求，直接從下面的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]

上面說到，紋理只能是單個，不能是數組，且mip等級只能是1，即不能有mipmaps

而D3D11_USAGE_STAGING則完全允許在CPU和GPU之間的數據傳輸，但它只能作爲一個類似中轉站的資源，而不能綁定到渲染管線上，即你也不能用該紋理生成mipmaps。比如說有一個D3D11_USAGE_DEFAULT你想要從顯存拿到內存，只能通過它以ID3D11DeviceContext::CopyResource或者ID3D11DeviceContext::CopySubresourceRegion方法來複制一份到本紋理，然後再通過ID3D11DeviceContext::Map方法取出到內存。

現在來到BindFlags：

以下是和紋理有關的D3D11_BIND_FLAG枚舉成員：

D3D11_BIND_FLAG	描述
D3D11_BIND_SHADER_RESOURCE	紋理可以作爲着色器資源綁定到渲染管線
D3D11_BIND_STREAM_OUTPUT	紋理可以作爲流輸出階段的輸出點
D3D11_BIND_RENDER_TARGET	紋理可以作爲渲染目標的輸出點，並且指定它可以用於生成mipmaps
D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL	紋理可以作爲深度/模板緩衝區
D3D11_BIND_UNORDERED_ACCESS	紋理可以綁定到無序訪問視圖作爲輸出

再看看CPUAccessFlags：

D3D11_CPU_ACCESS_FLAG	描述
D3D11_CPU_ACCESS_WRITE	允許通過映射方式從CPU寫入，它不能作爲管線的輸出，且只能用於D3D11_USAGE_DYNAMIC和D3D11_USAGE_STAGING綁定的資源
D3D11_CPU_ACCESS_READ	允許通過映射方式給CPU讀取，它不能作爲管線的輸出，且只能用於D3D11_USAGE_STAGING綁定的資源

可以用按位或的方式同時指定上述枚舉值，如果該flag設爲0可以獲得更好的資源優化操作。

最後是和紋理相關的MiscFlags：

D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG	描述
D3D11_RESOURCE_MISC_GENERATE_MIPS	允許通過ID3D11DeviceContext::GenerateMips方法生成mipmaps
D3D11_RESOURCE_MISC_TEXTURECUBE	允許該紋理作爲紋理立方體舒勇，要求必須是至少包含6個紋理的Texture2DArray

ID3D11Device::CreateTexture2D--創建一個2D紋理

填充好D3D11_TEXTURE2D_DESC後，你纔可以用它創建一個2D紋理：

HRESULT ID3D11Device::CreateTexture2D( 
    const D3D11_TEXTURE2D_DESC *pDesc,          // [In] 2D紋理描述信息
    const D3D11_SUBRESOURCE_DATA *pInitialData, // [In] 用於初始化的資源
    ID3D11Texture2D **ppTexture2D);             // [Out] 獲取到的2D紋理

過程我就不演示了。

2D紋理的資源視圖(以着色器資源視圖爲例)

創建好紋理後，我們還需要讓它綁定到資源視圖，然後再讓該資源視圖綁定到渲染管線的指定階段。

D3D11_SHADER_RESOURCE_VIEW_DESC的定義如下：

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要和紋理創建時的Format一致，對於2D紋理來說，應當指定D3D11_SRV_DIMENSION爲D3D11_SRV_DIMENSION_TEXTURE2D。

然後D3D11_TEX2D_SRV結構體定義如下：

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

通過MostDetailedMap我們可以指定開始使用的紋理子資源，MipLevels則指定使用的子資源數目。如果要使用完整mipmaps，則需要指定MostDetailedMap爲0， MipLevels爲-1.

例如我想像下圖那樣使用mip等級爲1到2的紋理子資源，可以指定MostDetailedMip爲1，MipLevels爲2.

創建着色器資源視圖的演示如下：

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庫

作爲一個紋理相關的綜合教程，我可能會重複之前我講過的內容。

DDS位圖和WIC位圖

DDS是一種圖片格式，是DirectDraw Surface的縮寫，它是DirectX紋理壓縮（DirectX Texture Compression，簡稱DXTC）的產物。由NVIDIA公司開發。大部分3D遊戲引擎都可以使用DDS格式的圖片用作貼圖，也可以製作法線貼圖。

WIC（Windows Imaging Component）是一個可以擴展的平臺，爲數字圖像提供底層API，它可以支持bmp、dng、ico、jpeg、png、tiff等格式的位圖。

如何添加進你的項目

在DirectXTex中找到DDSTextureLoader文件夾和WICTextureLoader文件夾中分別找到對應的頭文件和源文件(不帶12的)，並加入到你的項目中

DDSTextureLoader

CreateDDSTextureFromFile函數--從文件讀取DDS紋理

HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    const wchar_t* szFileName,              // [In]dds圖片文件名
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]輸出一個指向資源接口類的指針，也可以填nullptr
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]輸出一個指向着色器資源視圖的指針，也可以填nullptr
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [In]忽略
    
HRESULT CreateDDSTextureFromFile(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    ID3D11DeviceContext* d3dContext,        // [In]D3D設備上下文
    const wchar_t* szFileName,              // [In]dds圖片文件名
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]輸出一個指向資源接口類的指針，也可以填nullptr
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]輸出一個指向着色器資源視圖的指針，也可以填nullptr
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [In]忽略

第二個重載版本用於爲DDS位圖生成mipmaps，但大多數情況下你能載入的DDS位圖本身都自帶mipmaps了，與其運行時生成，不如提前爲它製作mipmaps。

CreateDDSTextureFromFileEx函數--從文件讀取DDS紋理的增強版

上面兩個函數都使用了這個函數，而且如果你想要更強的擴展性，就可以瞭解一下：

HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚舉值指定數據的CPU/GPU訪問權限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚舉來決定該數據的使用類型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚舉值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚舉值
    bool forceSRGB,                         // [In]強制使用SRGB，默認false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]獲取創建好的紋理(可選)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]獲取創建好的紋理資源視圖(可選)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可選)
    
HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    ID3D11DeviceContext* d3dContext,        // [In]D3D設備上下文
    const wchar_t* szFileName,              // [In].dds文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚舉值指定數據的CPU/GPU訪問權限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚舉來決定該數據的使用類型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚舉值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚舉值
    bool forceSRGB,                         // [In]強制使用SRGB，默認false
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]獲取創建好的紋理(可選)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]獲取創建好的紋理資源視圖(可選)
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可選)

CreateDDSTextureFromMemory函數--從內存創建DDS紋理

這裏我只介紹簡易版本的，因爲跟上面提到的函數差別只是讀取來源不一樣，其餘參數我就不再贅述：

HRESULT CreateDDSTextureFromMemory(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    const uint8_t* ddsData,                 // [In]原dds文件讀取到的完整二進制流
    size_t ddsDataSize,                     // [In]原dds文件的大小
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]獲取創建好的紋理(可選)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView, // [Out]獲取創建好的紋理資源視圖(可選)
    size_t maxsize = 0,                     // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr);   // [Out]忽略(可選)

如果你需要生成mipmaps，就使用帶D3D設備上下文的重載版本。

WICTextureLoader

CreateWICTextureFromFileEx

由於用法上和DDSTextureLoader大同小異，我這裏也只提CreateWICTextureFromFileEx函數：

HRESULT CreateWICTextureFromFileEx(
    ID3D11Device* d3dDevice,                // [In]D3D設備
    const wchar_t* szFileName,              // [In]位圖文件名
    size_t maxsize,                         // [In]限制紋理最大寬高，若超過則內部會縮放，默認0不限制
    D3D11_USAGE usage,                      // [In]使用D3D11_USAGE枚舉值指定數據的CPU/GPU訪問權限
    unsigned int bindFlags,                 // [In]使用D3D11_BIND_FLAG枚舉來決定該數據的使用類型
    unsigned int cpuAccessFlags,            // [In]D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚舉值
    unsigned int miscFlags,                 // [In]D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚舉值
    unsigned int loadFlags,                 // [In]默認WIC_LOADER_DEAULT
    ID3D11Resource** texture,               // [Out]獲取創建好的紋理(可選)
    ID3D11ShaderResourceView** textureView);// [Out]獲取創建好的紋理資源視圖(可選)

紋理子資源(Texture Subresources)

通常我們將包含mipmaps的紋理稱作紋理，那麼紋理子資源實際上指的就是其中的一個mip等級對應的2維數組(針對2維紋理來說)。比如512x512的紋理加載進來包含的mipmap等級數(Mipmap Levels)爲10，包含了從512x512, 256x256, 128x128...到1x1的10個二維數組顏色數據，這十個紋理子資源在紋理中的內存是緊湊的，沒有內存填充。

例如：上述紋理(R8G8B8A8格式) mip等級爲1的紋理子資源首元素地址 爲 從mip等級爲0的紋理子資源首元素地址再偏移512x512x4字節的地址。

Direct3D API使用Mip切片(Mip slice)來指定某一mip等級的紋理子資源，也有點像索引。比如mip slice值爲0時，對應的是512x512的紋理，而mip slice值1對應的是256x256，以此類推。

描述一個紋理子資源的兩種結構體

如果你想要爲2D紋理進行初始化，那麼你要接觸到的結構體類型爲D3D11_SUBRESOURCE_DATA。定義如下：

typedef struct D3D11_SUBRESOURCE_DATA
{
    const void *pSysMem;    // 用於初始化的數據
    UINT SysMemPitch;       // 當前子資源一行所佔的字節數(2D/3D紋理使用)
    UINT SysMemSlicePitch;  // 當前子資源一個完整切片所佔的字節數(僅3D紋理使用)
}   D3D11_SUBRESOURCE_DATA;

而如果你使用的是ID3D11DeviceContext::Map方法來獲取一個紋理子資源，那麼獲取到的是D3D11_SUBRESOURCE_DATA結構體，其定義如下：

typedef struct D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE {
    void *pData;        // 映射到內存的數據or需要提交的地址範圍
    UINT RowPitch;      // 當前子資源一行所佔的字節數(2D/3D紋理有意義)
    UINT DepthPitch;    // 當前子資源一個完整切片所佔的字節數(僅3D紋理有意義)
} D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE;

若一張512x512的紋理(R8G8B8A8)，那麼它的RowPitch爲5124=2048字節，同理在初始化一個512x512的紋理(R8G8B8A8)，它的SysMemPitch爲5124=2048字節。

通過內存初始化紋理

現在我們嘗試通過代碼的形式來創建一個紋理(以項目09作爲修改)，代碼如下：

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);

    // 紋理內存映射，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;

    // 創建紋理數組
    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;      // 不使用多重採樣
    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()));
    
    // ...
}

其它部分的代碼修改就不講了，最終效果如下：

但是如果你想要以初始化的方式來創建帶mipmap的Texture2D紋理，則在初始化的時候需要提供D3D11_SUBRESOURCE_DATA數組，元素數目爲MipLevels.

2D紋理數組

之前提到，D3D11_TEXTURE2D_DESC中可以通過指定ArraySize的值來將其創建爲紋理數組。

HLSL中的2D紋理數組

首先來到HLSL代碼，我們之所以不使用下面的這種形式創建紋理數組：

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;
}

是因爲這樣做的話HLSL編譯器會報錯：sampler array index must be a literal experssion，即pin.PrimID的值也必須是個字面值，而不是變量。但我們還是想要能夠根據變量取對應紋理的能力。

正確的做法應當是聲明一個Texture2DArray的數組：

Texture2DArray gTexArray : register(t0);

Texture2DArray同樣也具有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方法的第一個參數依然是採樣器

而第二個參數則是一個3D向量，其中x與y的值對應的還是紋理座標，而z分量即便是個float，主要是用於作爲索引值選取紋理數組中的某一個具體紋理。同理索引值0對應紋理數組的第一張紋理，1對應的是第二張紋理等等...

使用紋理數組的優勢是，我們可以一次性預先創建好所有需要用到的紋理，並綁定到HLSL的紋理數組中，而不需要每次都重新綁定一個紋理。然後我們再使用索引值來訪問紋理數組中的某一紋理。

D3D11CalcSubresource函數--計算子資源的索引值

對於紋理數組，每個元素都會包含同樣的mip等級數。Direct3D API使用數組切片(array slice)來訪問不同紋理，也是相當於索引。這樣我們就可以把所有的紋理資源用下面的圖來表示，假定下圖有4個紋理，每個紋理包含3個子資源，則當前指定的是Array Slice爲2，Mip Slice爲1的子資源。

然後給定當前紋理數組每個紋理的mipmap等級數(Mipmap Levels)，數組切片(Array Slice)和Mip切片(Mip Slice)，我們就可以用下面的函數來求得指定子資源的索引值：

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

創建一個紋理數組

現在我們手頭上僅有的就是DDSTextureLoader.h和WICTextureLoader.h中的函數，但這裏面的函數每次都只能加載一張紋理。我們還需要修改龍書樣例中讀取紋理的函數，具體的操作順序如下：

1. 一個個讀取存有紋理的文件，創建出一系列ID3D11Texture2D對象，這裏的每個對象單獨包含一張紋理；
2. 創建一個ID3D11Texture2D對象，它同時也是一個紋理數組；
3. 將之前讀取的所有紋理有條理地複製到剛創建的紋理數組對象中；
4. 爲該紋理數組對象創建創建一個紋理資源視圖（Shader Resource View）。

爲了避免出現一些問題，這裏實現的紋理數組加載的函數只考慮寬度和高度、數據格式、mip等級都一致的情況。

在d3dUtil.h中實現了這樣兩個函數：

// ------------------------------
// CreateDDSTexture2DArrayFromFile函數
// ------------------------------
// 該函數要求所有的dds紋理的寬高、數據格式、mip等級一致
// [In]d3dDevice            D3D設備
// [InOpt]d3dDeviceContext  D3D設備上下文
// [In]fileNames            dds文件名數組
// [OutOpt]textureArray     輸出的紋理數組資源
// [OutOpt]textureArrayView 輸出的紋理數組資源視圖
// [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函數
// ------------------------------
// 該函數要求所有的dds紋理的寬高、數據格式、mip等級一致
// [In]d3dDevice            D3D設備
// [InOpt]d3dDeviceContext  D3D設備上下文
// [In]fileNames            dds文件名數組
// [OutOpt]textureArray     輸出的紋理數組資源
// [OutOpt]textureArrayView 輸出的紋理數組資源視圖
// [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);

還有就是d3dUtil.cpp用到的函數CreateTexture2DArray

第一步先討論紋理的加載，這裏`CreateDDSTexture2DArrayFromFile函數的實現如下：

HRESULT CreateDDSTexture2DArrayFromFile(
    ID3D11Device * d3dDevice,
    ID3D11DeviceContext * d3dDeviceContext,
    const std::vector<std::wstring>& fileNames,
    ID3D11Texture2D** textureArray,
    ID3D11ShaderResourceView** textureArrayView,
    bool generateMips)
{
    // 檢查設備、着色器資源視圖、文件名數組是否非空
    if (!d3dDevice || !textureArrayView || fileNames.empty())
        return E_INVALIDARG;

    HRESULT hResult;
    // ******************
    // 讀取所有紋理
    //

    UINT arraySize = (UINT)fileNames.size();
    std::vector<ID3D11Texture2D*> srcTex(arraySize, nullptr);
    for (size_t i = 0; i < arraySize; ++i)
    {
        // 由於這些紋理並不會被GPU使用，我們使用D3D11_USAGE_STAGING枚舉值
        // 使得CPU可以讀取資源
        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版的區別僅在於把CreateDDSTextureFromFileEx替換爲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);

在瞭解CreateTexture2DArray函數的實現前，你需要下面這些內容：

ID3D11DeviceContext::Map函數--獲取指向子資源中數據的指針並拒絕GPU對該子資源的訪問

HRESULT ID3D11DeviceContext::Map(
    ID3D11Resource           *pResource,          // [In]包含ID3D11Resource接口的資源對象
    UINT                     Subresource,         // [In]子資源索引
    D3D11_MAP                MapType,             // [In]D3D11_MAP枚舉值，指定讀寫相關操作
    UINT                     MapFlags,            // [In]填0，忽略
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE *pMappedResource     // [Out]獲取到的已經映射到內存的子資源
);

D3D11_MAP枚舉值類型的成員如下：

D3D11_MAP成員	含義
D3D11_MAP_READ	映射到內存的資源用於讀取。該資源在創建的時候必須綁定了D3D11_CPU_ACCESS_READ標籤
D3D11_MAP_WRITE	映射到內存的資源用於寫入。該資源在創建的時候必須綁定了D3D11_CPU_ACCESS_WRITE標籤
D3D11_MAP_READ_WRITE	映射到內存的資源用於讀寫。該資源在創建的時候必須綁定了D3D11_CPU_ACCESS_READ和D3D11_CPU_ACCESS_WRITE標籤
D3D11_MAP_WRITE_DISCARD	映射到內存的資源用於寫入，之前的資源數據將會被拋棄。該資源在創建的時候必須綁定了D3D11_CPU_ACCESS_WRITE和D3D11_USAGE_DYNAMIC標籤
D3D11_MAP_WRITE_NO_OVERWRITE	映射到內存的資源用於寫入，但不能複寫已經存在的資源。該枚舉值只能用於頂點/索引緩衝區。該資源在創建的時候需要有D3D11_CPU_ACCESS_WRITE標籤，在Direct3D 11不能用於設置了D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER標籤的資源，但在11.1後可以。具體可以查閱MSDN文檔

ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource函數[2]--將內存數據拷貝到不可進行映射的子資源中

這個函數在之前我們主要是用來將內存數據拷貝到常量緩衝區中，現在我們也可以用它將內存數據拷貝到紋理的子資源當中：

void ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource(
  ID3D11Resource  *pDstResource,    // [In]目標資源對象
  UINT            DstSubresource,   // [In]對於2D紋理來說，該參數爲指定Mip等級的子資源
  const D3D11_BOX *pDstBox,         // [In]這裏通常填nullptr，或者拷貝的數據寬高比當前子資源小時可以指定範圍 
  const void      *pSrcData,        // [In]用於拷貝的內存數據
  UINT            SrcRowPitch,      // [In]該2D紋理的 寬度*數據格式的位數
  UINT            SrcDepthPitch     // [In]對於2D紋理來說並不需要用到該參數，因此可以任意設置
);

ID3D11DeviceContext::UnMap函數--讓指向資源的指針無效並重新啓用GPU對該資源的訪問權限

void ID3D11DeviceContext::Unmap(
    ID3D11Resource *pResource,      // [In]包含ID3D11Resource接口的資源對象
    UINT           Subresource      // [In]需要取消的子資源索引
);

D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV結構體

在創建着色器目標視圖時，你還需要填充共用體中的D3D11_TEX2D_ARRAY_SRV結構體：

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

通過FirstArraySlice我們可以指定開始使用的紋理，ArraySize則指定使用的紋理數目。

例如我想指定像上面那樣的範圍，可以指定FirstArraySlice爲1，ArraySize爲2，MostDetailedMip爲1，MipLevels爲2.

最終CreateTexture2DArray的實現如下：

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;

    // 需要檢驗所有紋理的mipLevels，寬度和高度，數據格式是否一致，
    // 若存在數據格式不一致的情況，請使用dxtex.exe(DirectX Texture Tool)
    // 將所有的圖片轉成一致的數據格式
    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);
    // ******************
    // 創建紋理數組
    //

    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;      // 不能使用多重採樣
    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);
    // ******************
    // 將所有的紋理子資源賦值到紋理數組中
    //

    UINT minMipLevels = (generateMips ? 1 : texArrayDesc.MipLevels);
    // 每個紋理元素
    for (UINT i = 0; i < texArrayDesc.ArraySize; ++i)
    {
        // 紋理中的每個mipmap等級
        for (UINT j = 0; j < minMipLevels; ++j)
        {
            D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedTex2D;
            // 允許映射索引i紋理中，索引j的mipmap等級的2D紋理
            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);
        }
    }

    // ******************
    // 創建紋理數組的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);
        }
    }

    // 檢查是否需要紋理數組
    if (textureArray)
    {
        *textureArray = texArray;
    }
    else
    {
        texArray->Release();
    }

    return hResult;
}

(未完待續)

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