在程序中使用NV 3D Vision

多年前NVIDIA就发布了3D Vision技术，能提供多种立体渲染的效果。随着2009年的电影阿凡达所带来的世界性3D狂潮，你是否也想在自己的程序中加入立体渲染呢？

3D Vision的原理

根据http://developer.nvidia.com/object/3d_stereo_dev.html，3D Vision的原理如下：

在驱动内部，所有3D场景都渲染两次——一次用左眼，一次用右眼。驱动会自动“在线”修改典型的3D游戏vertex shader，所以在执行期可以产生正确的图像。

注意加粗的几个词所透露出来的信息。首先，你的每一个Draw call都被驱动变成了两个Draw call；其次，立体化的过程是自动的，无法自由控制；第三，它只能处理典型的vertex shader，而不是任意的vertex shader，比如sky box的vertex shader，就往往是个“非典型”的。NVIDIA的思路就是，把一切都封装起来，只有个别参数可以让开发人员和用户调整。程序能做的事就只能是把一切 交给驱动，祈祷最终结果正确，极其被动。

其实，立体渲染没有那么stupid。比如，图形引擎可以分别从左右眼主动生成2张图像，都是用正确的vertex shader，然后交给图形API。这么做就可以保证整条流水线都是支持立体的，包括视锥裁剪，结果就是所有物体均能100%渲染正确。而不会像3D Vision的方法，不但vertex shader必须“典型”，还得没法处理被场景管理器裁掉的物体（比如左眼能看到，右眼看不到的物体）。再比如Crytek在CryEngine3里的立 体渲染方法，把生成的单一图像通过image warp的方式分别得到左右眼的结果，不必渲染2遍，就能在性能基本不降低的情况下进行立体渲染。这些方式都不能使用自动的3D Vision，必须要通过生成2张image的方式才能实现。

既然放弃了自动的3D Vision，我们就来开始探索如何手动把两张图提交给驱动，控制驱动产生立体渲染的方法。

尝试1：NVAPI

3D Vision并没有提供提交2张图像的方法，那就看看师出同门的NVAPI。NVAPI是NVIDIA提供的一个SDK，可以直接访问GPU和驱动的功能。本来我满怀欣喜地认为NVAPI一定给出了手动控制立体渲染的方法，结果发现公开版本的NVAPI最多也就提供了打开和关闭立体渲染这样的功能，并不能实现我们想要的。根据http://en.wikipedia.org/wiki/Nvidia_3D_Vision， 在专有版本的NVAPI（也就是签署了NDA的版本）包含有显式控制的功能。但这个专有的版本很难申请到，对于大公司还好，对于小作坊、业余开发的爱好者 之流，就根本没机会了（经常是提交申请后什么反应都没有）。对于开源开发就成了噩梦，NDA的东西无法随着开源软件一起发布，所以这条路成了死胡同。难道 就没有办法了吗？

尝试2：OpenGL QuadBuffer

OpenGL本身就提供了GL_LEFT_BACK、GL_RIGHT_BACK、GL_LEFT_FRONT和GL_RIGHT_FRONT四个缓冲区，内建了立体的支持。但这种方法的缺点也是明显的：

1. 只支持OpenGL。游戏主流的D3D均无法使用quad buffer。
2. 在Windows上，一般的OpenGL驱动均不支持quad buffer，只有Quadro支持。

可以认为，这条路也失败了。难道，就真的没有办法了吗？

尝试3：3D Video

NVIDIA在发布3D Vision的同时，也发布了一款叫做3D Video player的软件，可以播放立体影片，并提供了一些样片下载。这些影片只是普通的视频格式，用一般播放器播放的时候是左右眼并排排列的，如下图所示：

但用3D Video player播放的时候，就能呈现出立体效果。在播放视频的情况下，驱动没有3D信息、没有vertex shader，所以肯定不是用上文所说的“自动”方式得到立体效果的。虽然3D Video player非常可能用了专有的NVAPI，我仍然希望它是用一般的方法做到的。在GDC 2009上，NV的演讲提到了3D Video的显示方法，经过测试果然成功！那是NV留的一个后门，用来显示以有的立体数据。

3D Video细节

根据前面找到的材料，3D Video的处理方法如下：

1. 把左右眼图像拷入一张大纹理中，大纹理的宽为w * 2，高为h + 1（w和h分别是原图像的宽和高）。左眼在左边，右眼在右边。
2. 大纹理的最后一行加入特别的标志（此为关键所在）。
3. 用StretchRect把大纹理拷入Back buffer。
4. 当Back buffer显示出来的时候就是立体的了。

看来，一切玄机尽在“特别的标志”中。正是那个标志，让驱动把纹理识别为立体图像，在StretchRect和Present的时候做特殊处理。该标志的定义是这样的：

// Stereo Blit defines
#define NVSTEREO_IMAGE_SIGNATURE 0x4433564e //NV3D

typedef struct _Nv_Stereo_Image_Header
{
unsigned int dwSignature;
unsigned int dwWidth;
unsigned int dwHeight;
unsigned int dwBPP;
unsigned int dwFlags;
} NVSTEREOIMAGEHEADER, *LPNVSTEREOIMAGEHEADER;

// ORed flags in the dwFlags fiels of the _Nv_Stereo_Image_Header structure above
#define     SIH_SWAP_EYES               0×00000001
#define     SIH_SCALE_TO_FIT            0×00000002

填充的方式：

D3DLOCKED_RECT lr;
pSurf->LockRect(&lr, NULL, 0);

// 填到最后一行
LPNVSTEREOIMAGEHEADER pSIH = reinterpret_cast<LPNVSTEREOIMAGEHEADER>(static_cast<unsigned char *>(lr.pBits) + (lr.Pitch * height));

pSIH->dwSignature = NVSTEREO_IMAGE_SIGNATURE;
pSIH->dwBPP = 32;
pSIH->dwFlags = SIH_SWAP_EYES;
pSIH->dwWidth = gImageWidth*2;
pSIH->dwHeight = gImageHeight;

pSurf->UnlockRect();

这个标志可以在纹理建立的时候就填充上，以后每一帧只需要把左右眼的图像拷进去就行了。

Direct3D 10/11的实现

前面举得例子用的是D3D 9，而在D3D10/11中，情况又会如何呢？D3D10/11没有了StretchRect，取而代之的是CopyResource和CopySubresourceRegion，两者都没有缩放的能力。不管了，试试再说：

D3D11_BOX box;
box.left = 0;
box.right = w;
box.top = 0;
box.bottom = h;
box.front = 0;
box.back = 1;
d3d_imm_ctx->CopySubresourceRegion(backbuffer, 0, 0, 0, 0, surf, 0, &box);

结果成功了！NV的驱动仍然会根据那个标志来特殊化CopySubresourceRegion。

至此，D3D9/D3D10/D3D11/OpenGL下都可以通过2张图像来控制3D Vision显示出立体效果，你的程序也可以用同样的方法快步进入立体的行列。在KlayGE 3.11中，stereo模式也使用本文所述的方法。

未解决的问题

在分别获得左右眼图像的过程中，应该是要关闭3D Vision的，否则左右眼图像也都会分别变成立体的，性能大减。通过NVAPI的NvAPI_Stereo_Deactivate确实可以关闭3D Vision，但这样的话连最后需要3D Vision的StretchRect等也失效了。由于某些原因NvAPI_Stereo_Activate这个函数出现在头文件和库文件中，却没出现在 文档里，对该函数的调用似乎需要等到下一帧才会启用3D Vision。结果还是不正确。暂时的解决方法是把左右眼图像略微减小，比如高度从h变成h – 2，驱动发现小于front buffer的渲染就会暂时关闭3D Vision。

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