3dmax插件开发入门（三维引擎）

如果程序员可以将艺术家的作品转化为实时 3D 环境，游戏就会好得多。对于许多程序员来说，3D Studio MAX 是预计算和实时 3d 场景的首选工具。而且，在笔者看来，Microsoft 的 DirectX API 是 Windows 平台上最高效的游戏 API。

推荐：用 NSDT场景设计器快速搭建3D场景。

本文介绍了如何创建 3DS MAX 插件以将艺术家的作品导出到你的实时 3D 引擎中。我的说明将带你了解 MAX 和 Direct3D API。虽然不需要任何经验，但你应该熟悉 Visual C 、Windows、Direct3D（使用立即模式的绘图基元）以及计算机图形基础知识。

我将从 MAX 的 API 开始，介绍如何使用它来创建新插件。有了这些知识，我们就可以使用 Visual C 实现插件的项目了。对于真正具体的东西，例如网格和材质导出，你将不得不等待下一篇文章。

1、3DS MAX插件开发介绍

3DS MAX 主要处理有关 3d 对象实现的网格。面片和 NURBS 也得到管理，但由于强大的几何管线使得将它们转换为网格成为可能，所以这应该不是问题。基于 NURBS 的对象的导出会使实时 3D 变得非常困难和不合适。这种灵活性是 3DS MAX 成为游戏开发标准的原因。如果你已经拥有第二个版本，您将享受与第一个版本相比的性能。在第二个版本中进行了许多更改，因此两个版本之间的插件不兼容。绕过这种不兼容性只需要重新编译和可能的一些更改。因此，考虑到这一点，无论你拥有哪个 MAX SDK 版本，本文中介绍的技术都将起作用。

2、我需要什么？

在软件方面，你需要 Microsoft Visual C 。虽然 4.0 版本足以为第一个版本的 3DS MAX 创建插件，但如果你使用 MAX2 SDK，将迫切需要 5.0 版本。至于 API，你当然需要 MAX 的 SDK 和 DirectX 5 版本。

虽然 CPU 速度在硬件方面并不是非常重要，因为它不会影响编译/测试时间，但我强烈建议你至少使用 64 Mb RAM。如果你拥有的更少，MAX、Visual C 和你的项目将无法留在内存中。发生这种情况时，编译时间将乘以 5，加载 MAX 至少需要 20 秒。不用说，这可能会让人抓狂。

如果你的插件项目位于已经包含 3d 游戏引擎等项目的工作区内，128 Mb RAM 就足够了。

MAX SDK 为开发人员提供了创建多种插件的可能性，从程序对象到视频后期处理。一个名为“文件导出”的插件类型特别令人感兴趣。然而，这不是我推荐的类型。导出插件用于导出整个 MAX 场景，无需与用户进行任何交互，在我们目前的情况下，这不是我们想要的。实用程序插件更灵活，以防你想要选择要导出的场景组件以及导出方式。

3、3DS MAX理念

作为 MAX 插件开发人员，你必须了解 MAX 的内部结构。本文的其余部分将向你介绍基本概念，例如几何管道、场景节点的操作、微积分实现和插件的接口。如果你喜欢面向对象编程，你会喜欢 MAX 的 API：一切都是根据 OOP 哲学制作的，你会发现几乎所有你能想到的东西（网格、面、点、矩阵……）的类。

4、节点操作

什么是节点？在 MAX 中，节点是对象的视觉表示（这里，术语“对象”表示 3D 对象、光线、相机、形状等）。节点相互链接以形成层次结构。这个层级的根节点是 MAX 场景。要实现 MAX 导出器插件，熟悉节点的操作很重要，因为它们是你转换的起点。

我们可以用节点做什么？从 MAX 的类 INode 创建和控制节点。我不打算详细介绍这个类，MAX 的帮助文件会比我做的更好，但我只会评论一些对我们的导出器有用的东西。

节点的主要功能是引用与其关联的对象。可以在给定时间在世界中评估此对象的状态（其在视口中的表示）。有关详细信息，请参阅几何管道。评估此对象后，您可以检索其所有特定数据，稍后我们将看到如何执行此操作。

关于层次结构……从一个节点，您可以使用 INode::GetParentNode()、 INode::NumberOfChildren 和 INode::GetChildNode() 方法获取其父节点、其子节点的数量和特定子节点。要扫描整个场景，您只需获取根节点（使用插件接口的函数），然后使用下面给出的函数。

可以检索其他属性，如节点的变换矩阵（变换矩阵由位置、方向和比例因子组成）、对象的变换矩阵、它的引用和它的名称。

现在了解了节点的基本工作原理，让我们解释一下对象如何借助几何管道工作。

5、几何管线

这是MAX最根本的理念和创新。如果你已经使用过 3D Studio/DOS，就会知道如何创建网格。你可以首先使用 2D 造型器创建许多 2D 形状，然后使用 3D 放样器基于这些形状创建 3D 对象。要对其应用修改（顶点置换、布尔运算、映射等），你可以使用 3D 编辑器。每次对 2D 形状或 3D 对象进行修改时，先前的状态都会丢失，因为修改会直接应用于构成 2D 形状或 3D 对象的实体（面、顶点、2d 样条）。

MAX 使用另一种方法来创建几何组件，称为“程序方法”。每个节点都包含一个节点管道。在此管道的开头是基础对象。每次对节点应用修改时，你使用的修改器都会在节点管道中引用，并带有设置的参数。然后，几何管道评估节点的管道以创建节点对象的世界空间状态。这个世界空间状态就是你可以在 MAX 的视口中看到的。

好吧，让我们来看看模型是什么“顶级”。不要指望一个很好的，我只是一个程序员！

该模型可以分两步制作：创建一个球体并在其上应用锥度。

创建球体时，还会创建一个新节点并将其插入到 MAX 场景中。节点引用的对象是节点的基础对象（球体）。由于它是一个程序对象，球体对象在这个阶段不是由面和顶点构成的。根据你指定的参数，可以将该对象生成为网格。

下图1是该阶段节点及其World Space State的几何管线表示。

在第二步中，在我们的节点上应用了 Taper Modifier，你可以在上图中看到结果（我还指定了一个纹理贴图）。该节点现在指向我们所说的“派生对象”。此派生对象是几何管道解释节点管道的结果。

派生对象之后是锥度修改器，最后是我们的基础对象：球体。

假设对对象应用弯曲。此修改器将出现在派生对象之后和锥化之前的管道中。在 MAX 的修改器栈的帮助下，你可以更改想要的任何修改器（甚至是基础对象）的参数。你还可以在 Stack 中的任意位置移除或插入修饰符。任何时候对象的世界空间状态都将被*：这是几何管道的工作。

可以使用 INode::EvalWorldState() 方法评估节点的世界空间状态对象。该方法返回一个 ObjecState 类的 C 对象。从该对象中，你可以检索由几何管道评估的对象。评估的对象也是从 Object 类派生的类的 C 对象。 MAX 实现了许多派生自 Object 类的类。

在本系列的后面，我们将看到如下类：

TriObject：定义由三角形构成的网格对象
CameraObject：定义自由或目标相机
LightObject：定义泛光灯、平行光、目标聚光灯或自由聚光灯

6、一点计算

MAX 的 API 提供了一组类和函数，使矩阵、点和四元数的使用更加容易。由于点的操作并不是真正的大挑战，因此我不打算概述 Point3 类。谈论四元数超出了本文的范围，因为它们主要用于处理动画。所以只解释矩阵的基本原理。开始了。

7、变换矩阵

转换矩阵用于从一个给定的坐标系切换到另一个坐标系；例如，将对象顶点的坐标从本地坐标系转移到世界空间坐标系。变换矩阵也用于定位场景中的节点。这些矩阵提供的变换是：平移、旋转和缩放。这样的矩阵可以通过 MAX 的 Matrix3 类创建和使用。

在 MAX 中，矩阵有 4 行 3 列。通常，3D 矩阵是 4x4 而不是 4x3。 MAX 也是如此，但由于此类矩阵的最后一列始终为 [0 0 0 1]，因此它由处理它的类和函数隐式管理。

max使用的坐标系是右手坐标系，从轴的正方向看是逆时针的，如下图所示。

现在让我们看看身份、平移、旋转和缩放是如何编码的。单位矩阵具有在向量/矩阵或矩阵/矩阵乘法期间保持向量或矩阵不变的属性。它的编码如下：

可以通过将 1 传递给 Matrix3 类的构造函数或调用方法 Matrix3::IdentityMatrix() 来将矩阵初始化为恒等式。

平移以这种方式存储在矩阵中：

可以使用 Matrix3::SetTrans() 设置平移，使用 Matrix3::GetTrans() 检索，使用 Matrix3::NoTrans() 设置为空。

围绕三个轴旋转的矩阵如下所示。旋转的角度始终以弧度表示。

X旋转：

Y旋转：

Z 旋转：

这些矩阵可以使用全局函数 RotateXMatrix()、 RotateYMatrix()、 RotateZMatrix() 创建。可以使用 Matrix3 的方法 Matrix3::RotateX()、 Matrix3::RotateY()、 Matrix3::RotateZ() 执行围绕一个特定轴的增量旋转。

还提供了 Matrix3 类的方法来创建 Yaw/Pitch/Roll 角度矩阵（使用欧拉角规则）： Matrix3::RotateYPRMatrix()。

比例因子编码如下：