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Usando um efeito (Direct3D 9)

  • Artigo

Esta página mostrará como gerar e usar um efeito. Os tópicos abordados incluem como:

Criar um efeito

Aqui está um exemplo de criação de um efeito obtido a partir do Exemplo BasicHLSL. O código de criação de efeito para criar um sombreador de depuração é de OnCreateDevice:

ID3DXEffect* g_pEffect = NULL;
DWORD dwShaderFlags = 0;

    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_FORCE_VS_SOFTWARE_NOOPT;
    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_FORCE_PS_SOFTWARE_NOOPT;
    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_NO_PRESHADER;

    // Read the D3DX effect file
    WCHAR str[MAX_PATH];
    DXUTFindDXSDKMediaFileCch( str, MAX_PATH, L"BasicHLSL.fx" );

    D3DXCreateEffectFromFile( 
        pd3dDevice, 
        str, 
        NULL, // CONST D3DXMACRO* pDefines,
        NULL, // LPD3DXINCLUDE pInclude,
        dwShaderFlags, 
        NULL, // LPD3DXEFFECTPOOL pPool,
        &g_pEffect, 
        NULL );

Essa função usa estes argumentos:

  • O dispositivo.
  • O nome do arquivo de efeito.
  • Um ponteiro para uma lista terminada em NULL de #defines, a ser usada durante a análise do sombreador.
  • Um ponteiro opcional para um manipulador de inclusão escrito pelo usuário. O manipulador é chamado pelo processador sempre que precisa resolve um #include.
  • Um sinalizador de compilação do sombreador que fornece ao compilador dicas sobre como o sombreador será usado. As opções incluem:
    • Ignorando a validação, se os bons sombreadores conhecidos estiverem sendo compilados.
    • Ignorar a otimização (às vezes usada quando as otimizações dificultam a depuração).
    • Solicitando que as informações de depuração sejam incluídas no sombreador para que possam ser depuradas.
  • O pool de efeitos. Se mais de um efeito usar o mesmo ponteiro de pool de memória, as variáveis globais nos efeitos serão compartilhadas entre si. Se não houver necessidade de compartilhar variáveis de efeito, o pool de memória poderá ser definido como NULL.
  • Um ponteiro para o novo efeito.
  • Um ponteiro para um buffer para o qual erros de validação podem ser enviados. Neste exemplo, o parâmetro foi definido como NULL e não usado.

Observação

A partir do SDK de dezembro de 2006, o compilador HLSL do DirectX 10 agora é o compilador padrão no DirectX 9 e no DirectX 10. Consulte Effect-Compiler Tool para obter detalhes.

 

Renderizar um efeito

A sequência de chamadas para aplicar o estado de efeito a um dispositivo é:

O código de renderização de efeito também é mais simples do que o código de renderização correspondente sem efeito. Aqui está o código de renderização com um efeito:

// Apply the technique contained in the effect 
g_pEffect->Begin(&cPasses, 0);

for (iPass = 0; iPass < cPasses; iPass++)
{
    g_pEffect->BeginPass(iPass);

    // Only call CommitChanges if any state changes have happened
    // after BeginPass is called
    g_pEffect->CommitChanges();

    // Render the mesh with the applied technique
    g_pMesh->DrawSubset(0);

    g_pEffect->EndPass();
}
g_pEffect->End();

O loop de renderização consiste em consultar o efeito para ver quantas passagens ele contém e, em seguida, chamar todas as passagens para uma técnica. O loop de renderização pode ser expandido para chamar várias técnicas, cada uma com várias passagens.

Usar semântica para localizar parâmetros de efeito

Uma semântica é um identificador anexado a um parâmetro de efeito para permitir que um aplicativo pesquise o parâmetro . Um parâmetro pode ter no máximo uma semântica. A semântica está localizada após dois-pontos (:) após o nome do parâmetro. Por exemplo:

float4x4 matWorldViewProj : WORLDVIEWPROJ;

Se você declarasse a variável global de efeito sem usar uma semântica, ela teria esta aparência:

float4x4 matWorldViewProj;

A interface de efeito pode usar uma semântica para obter um identificador para um parâmetro de efeito específico. Por exemplo, o seguinte retorna o identificador da matriz:

D3DHANDLE handle = 
    m_pEffect->GetParameterBySemantic(NULL, "WORLDVIEWPROJ");

Além de pesquisar por nome semântico, a interface de efeito tem muitos outros métodos para pesquisar parâmetros.

Usar identificadores para obter e definir parâmetros com eficiência

Os identificadores fornecem um meio eficiente para referenciar parâmetros de efeito, técnicas, passagens e anotações com efeito. Identificadores (que são do tipo D3DXHANDLE) são ponteiros de cadeia de caracteres. Os identificadores que são passados para funções como GetParameterxxx ou GetAnnotationxxx podem estar em uma das três formas:

  • Um identificador retornado por uma função como GetParameterxxx.
  • Uma cadeia de caracteres que contém o nome do parâmetro, técnica, passagem ou anotação.
  • Um identificador definido como NULL.

Este exemplo retorna um identificador para o parâmetro que tem a semântica WORLDVIEWPROJ anexada a ele:

D3DHANDLE handle = 
    m_pEffect->GetParameterBySemantic(NULL, "WORLDVIEWPROJ");

Adicionar informações de parâmetro com anotações

Anotações são dados específicos do usuário que podem ser anexados a qualquer técnica, passagem ou parâmetro. Uma anotação é uma maneira flexível de adicionar informações a parâmetros individuais. As informações podem ser lidas novamente e usadas da maneira que o aplicativo escolher. Uma anotação pode ser de qualquer tipo de dados e pode ser adicionada dinamicamente. As declarações de anotação são delimitadas por colchetes angulares. Uma anotação contém:

  • Um tipo de dados.
  • Um nome de variável.
  • Um sinal de igual (=).
  • O valor dos dados.
  • Um ponto e vírgula final (;).

Por exemplo, ambos os exemplos anteriores neste artigo contêm esta anotação:

texture Tex0 < string name = "tiger.bmp"; >;

A anotação é anexada ao objeto de textura e especifica o arquivo de textura que deve ser usado para inicializar o objeto de textura. A anotação não inicializa o objeto de textura, é simplesmente uma parte das informações do usuário anexadas à variável. Um aplicativo pode ler a anotação com ID3DXBaseEffect::GetAnnotation ou ID3DXBaseEffect::GetAnnotationByName para retornar a cadeia de caracteres. Anotações também podem ser adicionadas pelo aplicativo.

Cada anotação:

Parâmetros de efeito de compartilhamento

Os parâmetros de efeito são todas as variáveis não estáticas declaradas em um efeito. Isso pode incluir variáveis globais e anotações. Os parâmetros de efeito podem ser compartilhados entre efeitos diferentes declarando parâmetros com o palavra-chave "compartilhado" e, em seguida, criando o efeito com um pool de efeitos.

Um pool de efeitos contém parâmetros de efeito compartilhado. O pool é criado chamando D3DXCreateEffectPool, que retorna uma interface ID3DXEffectPool . A interface pode ser fornecida como uma entrada para qualquer uma das funções D3DXCreateEffectxxx quando um efeito é criado. Para que um parâmetro seja compartilhado entre vários efeitos, o parâmetro deve ter o mesmo nome, tipo e semântica em cada um dos efeitos compartilhados.

ID3DXEffectPool* g_pEffectPool = NULL;   // Effect pool for sharing parameters

    D3DXCreateEffectPool( &g_pEffectPool );

Os efeitos que compartilham parâmetros devem usar o mesmo dispositivo. Isso é imposto para impedir o compartilhamento de parâmetros dependentes do dispositivo (como sombreadores ou texturas) em diferentes dispositivos. Os parâmetros são excluídos do pool sempre que os efeitos que contêm os parâmetros compartilhados são liberados. Se os parâmetros de compartilhamento não forem necessários, forneça NULL para o pool de efeitos quando um efeito for criado.

Os efeitos clonados usam o mesmo pool de efeitos que o efeito do qual eles são clonados. Clonar um efeito faz uma cópia exata de um efeito, incluindo variáveis globais, técnicas, passagens e anotações.

Compilar um efeito offline

Você pode compilar um efeito em tempo de execução com D3DXCreateEffect ou compilar um efeito offline usando a ferramenta do compilador de linha de comando fxc.exe. O efeito na amostra CompiledEffect contém um sombreador de vértice, um sombreador de pixel e uma técnica:

// File: CompiledEffect.fx

// Global variables
float4 g_MaterialAmbientColor;    // Material's ambient color
...

// Texture samplers
sampler RenderTargetSampler = 
   ...

// Type: Vertex shader                                      
VS_OUTPUT RenderSceneVS( float4 vPos : POSITION, 
                         float3 vNormal : NORMAL,
                         float2 vTexCoord0 : TEXCOORD0 )
{
   ...
};
// Type: Pixel shader
PS_OUTPUT RenderScenePS( VS_OUTPUT In ) 
{ 
   ...
}

// Type: Technique                                     
technique RenderScene
{
    pass P0
    {          
        ZENABLE = true;
        VertexShader = compile vs_1_1 RenderSceneVS();
        PixelShader  = compile ps_1_1 RenderScenePS();
    }
}

O uso da Effect-Compiler Tool para compilar o sombreador para vs_1_1 gerou as seguintes instruções de sombreador de assembly:

//
// Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 4.09.02.1188
//
//   fxc /T vs_1_1 /E RenderSceneVS /Fc CompiledEffect.txt CompiledEffect.fx
//
//
// Parameters:
//
//   float4 g_LightAmbient;
//   float4 g_LightDiffuse;
//   float3 g_LightDir;
//   float4 g_MaterialAmbientColor;
//   float4 g_MaterialDiffuseColor;
//   float g_fTime;
//   float4x4 g_mWorld;
//   float4x4 g_mWorldViewProjection;
//
//
// Registers:
//
//   Name                   Reg   Size
//   ---------------------- ----- ----
//   g_mWorldViewProjection c0       4
//   g_mWorld               c4       3
//   g_MaterialAmbientColor c7       1
//   g_MaterialDiffuseColor c8       1
//   g_LightDir             c9       1
//   g_LightAmbient         c10      1
//   g_LightDiffuse         c11      1
//   g_fTime                c12      1
//
//
// Default values:
//
//   g_LightDir
//     c9   = { 0.57735, 0.57735, 0.57735, 0 };
//
//   g_LightAmbient
//     c10  = { 1, 1, 1, 1 };
//
//   g_LightDiffuse
//     c11  = { 1, 1, 1, 1 };
//

    vs_1_1
    def c13, 0.159154937, 0.25, 6.28318548, -3.14159274
    def c14, -2.52398507e-007, 2.47609005e-005, -0.00138883968, 0.0416666418
    def c15, -0.5, 1, 0.5, 0
    dcl_position v0
    dcl_normal v1
    dcl_texcoord v2
    mov r0.w, c12.x
    mad r0.w, r0.w, c13.x, c13.y
    expp r3.y, r0.w
    mov r0.w, r3.y
    mad r0.w, r0.w, c13.z, c13.w
    mul r0.w, r0.w, r0.w
    mad r1.w, r0.w, c14.x, c14.y
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c14.z
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c14.w
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c15.x
    mad r0.w, r0.w, r1.w, c15.y
    mul r0.w, r0.w, v0.x
    mul r0.x, r0.w, c15.z
    dp3 r1.x, v1, c4
    dp3 r1.y, v1, c5
    dp3 r1.z, v1, c6
    mov r0.yzw, c15.w
    dp3 r2.x, r1, r1
    add r0, r0, v0
    rsq r1.w, r2.x
    dp4 oPos.x, r0, c0
    mul r1.xyz, r1, r1.w
    dp4 oPos.y, r0, c1
    dp3 r1.x, r1, c9
    dp4 oPos.z, r0, c2
    max r1.w, r1.x, c15.w
    mov r1.xyz, c8
    mul r1.xyz, r1, c11
    mov r2.xyz, c7
    mul r2.xyz, r2, c10
    dp4 oPos.w, r0, c3
    mad oD0.xyz, r1, r1.w, r2
    mov oD0.w, c15.y
    mov oT0.xy, v2

// approximately 34 instruction slots used

Melhorar o desempenho com preshaders

Uma pré-formação é uma técnica para aumentar a eficiência do sombreador ao pré-calcular expressões de sombreador constantes. O compilador de efeito extrai automaticamente cálculos de sombreador do corpo de um sombreador e os executa na CPU antes da execução do sombreador. Consequentemente, os pré-sombreadores só funcionam com efeitos. Por exemplo, essas duas expressões podem ser avaliadas fora do sombreador antes de serem executadas.

mul(World,mul(View, Projection));
sin(time)

Os cálculos de sombreador que podem ser movidos são aqueles associados a parâmetros uniformes; ou seja, os cálculos não são alterados para cada vértice ou pixel. Se você estiver usando efeitos, o compilador de efeito gerará e executará automaticamente uma pré-formação para você; não há sinalizadores para habilitar. Os pré-sombreadores podem reduzir o número de instruções por sombreador e também podem reduzir o número de registros constantes que um sombreador consome.

Pense no compilador de efeito como uma espécie de compilador de vários processadores porque ele compila o código do sombreador para dois tipos de processadores: uma CPU e uma GPU. Além disso, o compilador de efeito foi projetado para mover o código da GPU para a CPU e, portanto, melhorar o desempenho do sombreador. Isso é muito semelhante a extrair uma expressão estática de um loop. Um sombreador que transforma a posição do espaço do mundo para o espaço de projeção e copia coordenadas de textura seria semelhante a este no HLSL:

float4x4 g_mWorldViewProjection;    // World * View * Projection matrix
float4x4 g_mWorldInverse;           // Inverse World matrix
float3 g_LightDir;                  // Light direction in world space
float4 g_LightDiffuse;              // Diffuse color of the light

struct VS_OUTPUT
{
    float4 Position   : POSITION;   // vertex position 
    float2 TextureUV  : TEXCOORD0;  // vertex texture coords 
    float4 Diffuse    : COLOR0;     // vertex diffuse color
};

VS_OUTPUT RenderSceneVS( float4 vPos : POSITION, 
                         float3 vNormal : NORMAL,
                         float2 vTexCoord0 : TEXCOORD0)
{
    VS_OUTPUT Output;
    
    // Transform the position from object space to projection space
    Output.Position = mul(vPos, g_mWorldViewProjection);

    // Transform the light from world space to object space    
    float3 vLightObjectSpace = normalize(mul(g_LightDir, (float3x3)g_mWorldInverse)); 

    // N dot L lighting
    Output.Diffuse = max(0,dot(vNormal, vLightObjectSpace));
    
    // Copy the texture coordinate
    Output.TextureUV = vTexCoord0; 
    
    return Output;    
}
technique RenderVS
{
    pass P0
    {          
        VertexShader = compile vs_1_1 RenderSceneVS();
    }
}

O uso da Effect-Compiler Tool para compilar o sombreador para vs_1_1 gera as seguintes instruções de assembly:

technique RenderVS
{
    pass P0
    {
        vertexshader = 
            asm {
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float3 g_LightDir;
            //   float4x4 g_mWorldInverse;
            //   float4x4 g_mWorldViewProjection;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name                   Reg   Size
            //   ---------------------- ----- ----
            //   g_mWorldViewProjection c0       4
            //   g_mWorldInverse        c4       3
            //   g_LightDir             c7       1
            //
            
                vs_1_1
                def c8, 0, 0, 0, 0
                dcl_position v0
                dcl_normal v1
                dcl_texcoord v2
                mov r1.xyz, c7
                dp3 r0.x, r1, c4
                dp3 r0.y, r1, c5
                dp3 r0.z, r1, c6
                dp4 oPos.x, v0, c0
                dp3 r1.x, r0, r0
                dp4 oPos.y, v0, c1
                rsq r0.w, r1.x
                dp4 oPos.z, v0, c2
                mul r0.xyz, r0, r0.w
                dp4 oPos.w, v0, c3
                dp3 r0.x, v1, r0
                max oD0, r0.x, c8.x
                mov oT0.xy, v2
            
            // approximately 14 instruction slots used
            };

        //No embedded pixel shader
    }
}

Isso usa aproximadamente 14 slots e consome 9 registros constantes. Com uma pré-formação, o compilador move as expressões estáticas para fora do sombreador e para a pré-formação. O mesmo sombreador teria esta aparência com uma pré-formação:

technique RenderVS
{
    pass P0
    {
        vertexshader = 
            asm {
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float3 g_LightDir;
            //   float4x4 g_mWorldInverse;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name            Reg   Size
            //   --------------- ----- ----
            //   g_mWorldInverse c0       3
            //   g_LightDir      c3       1
            //
            
                preshader
                dot r0.x, c3.xyz, c0.xyz
                dot r0.y, c3.xyz, c1.xyz
                dot r0.z, c3.xyz, c2.xyz
                dot r1.w, r0.xyz, r0.xyz
                rsq r0.w, r1.w
                mul c4.xyz, r0.w, r0.xyz
            
            // approximately 6 instructions used
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float4x4 g_mWorldViewProjection;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name                   Reg   Size
            //   ---------------------- ----- ----
            //   g_mWorldViewProjection c0       4
            //
            
                vs_1_1
                def c5, 0, 0, 0, 0
                dcl_position v0
                dcl_normal v1
                dcl_texcoord v2
                dp4 oPos.x, v0, c0
                dp4 oPos.y, v0, c1
                dp4 oPos.z, v0, c2
                dp4 oPos.w, v0, c3
                dp3 r0.x, v1, c4
                max oD0, r0.x, c5.x
                mov oT0.xy, v2
            
            // approximately 7 instruction slots used
            };

        //No embedded pixel shader
    }
}

Um efeito executa uma pré-formação pouco antes de executar um sombreador. O resultado é a mesma funcionalidade com maior desempenho de sombreador porque o número de instruções que precisam ser executadas (para cada vértice ou pixel, dependendo do tipo de sombreador) foi reduzido. Além disso, menos registros constantes são consumidos pelo sombreador como resultado da movimentação das expressões estáticas para a pré-formação. Isso significa que os sombreadores anteriormente limitados pelo número de registros constantes necessários agora podem ser compilados porque exigem menos registros constantes. É razoável esperar uma melhoria de desempenho de 5% e 20% dos pré-sombreadores.

Tenha em mente que as constantes de entrada são diferentes das constantes de saída em uma pré-formação. A saída c1 não é igual ao registro de entrada c1. Gravar em um registro constante em uma pré-formação realmente grava no slot de entrada (constante) do sombreador correspondente.

// BaseDelta c0 1
// Refinements c1 1
preshader
mul c1.x, c0.x, (-2)
add c0.x, c0.x, c0.x
cmp c5.x, c1.x, (1), (0)

A instrução cmp acima lerá o valor da pré-formação c1, enquanto a instrução mul gravará nos registros de sombreador de hardware a serem usados pelo sombreador de vértice.

Usar blocos de parâmetro para gerenciar parâmetros de efeito

Os blocos de parâmetro são blocos de alterações de estado de efeito. Um bloco de parâmetro pode registrar alterações de estado para que elas possam ser aplicadas posteriormente com uma única chamada. Crie um bloco de parâmetros chamando ID3DXEffect::BeginParameterBlock:

    m_pEffect->SetTechnique( "RenderScene" );

    m_pEffect->BeginParameterBlock();
    D3DXVECTOR4 v4( Diffuse.r, Diffuse.g, Diffuse.b, Diffuse.a );
    m_pEffect->SetVector( "g_vDiffuse", &v4 );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fReflectivity", fReflectivity );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fAnimSpeed", fAnimSpeed );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fSizeMul", fSize );
    m_hParameters = m_pEffect->EndParameterBlock();

O bloco de parâmetro salva quatro alterações aplicadas pelas chamadas à API. Chamar ID3DXEffect::BeginParameterBlock começa a registrar as alterações de estado. ID3DXEffect::EndParameterBlock para de adicionar as alterações ao bloco de parâmetros e retorna um identificador. O identificador será usado ao chamar ID3DXEffect::ApplyParameterBlock.

No Exemplo de EffectParam, o bloco de parâmetros é aplicado na sequência de renderização:

CObj g_aObj[NUM_OBJS];       // Object instances

    if( SUCCEEDED( pd3dDevice->BeginScene() ) )
    {
        // Set the shared parameters using the first mesh's effect.

        // Render the mesh objects
        for( int i = 0; i < NUM_OBJS; ++i )
        {
            ID3DXEffect *pEffect = g_aObj[i].m_pEffect;

            // Apply the parameters
            pEffect->ApplyParameterBlock( g_aObj[i].m_hParameters );

            ...

            pEffect->Begin( &cPasses, 0 );
            for( iPass = 0; iPass < cPasses; iPass++ )
            {
              ...
            }
            pEffect->End();
        }

        ...
        pd3dDevice->EndScene();
    }

O bloco de parâmetro define o valor de todas as quatro alterações de estado logo antes de ID3DXEffect::Begin ser chamado. Os blocos de parâmetro são uma maneira útil de definir várias alterações de estado com uma única chamada à API.

Efeitos