使用基本類型上的深度和效果
我們將在此示範如何使用基本類型上的深度、透視、色彩和其他效果。
目標：建立 3D 物件，並將基本頂點光源和著色套用至該物件。
必要條件
我們假設您已熟悉 C++ 語言。 此外，您對於圖形程式設計概念也需要有基本的認識。
我們也假設您已完成 [快速入門：設定 DirectX 資源，並顯示影像]，以及 [建立著色器和繪圖基本類型]。
完成時間： 20 分鐘。
指示
1. 定義 Cube 變數
首先，我們需要定義 Cube 的 SimpleCubeVertex 和 ConstantBuffer 結構。 這些結構會指定 Cube 的頂點位置和色彩，以及 Cube 的檢視方式。 我們會使用 ComPtr 宣告 ID3D11DepthStencilView 和 ID3D11Buffer with ，並宣告 ConstantBuffer 的執行個體。
struct SimpleCubeVertex
{
DirectX::XMFLOAT3 pos; // Position
DirectX::XMFLOAT3 color; // Color
};
struct ConstantBuffer
{
DirectX::XMFLOAT4X4 model;
DirectX::XMFLOAT4X4 view;
DirectX::XMFLOAT4X4 projection;
};
// This class defines the application as a whole.
ref class Direct3DTutorialFrameworkView : public IFrameworkView
{
private:
Platform::Agile<CoreWindow> m_window;
ComPtr<IDXGISwapChain1> m_swapChain;
ComPtr<ID3D11Device1> m_d3dDevice;
ComPtr<ID3D11DeviceContext1> m_d3dDeviceContext;
ComPtr<ID3D11RenderTargetView> m_renderTargetView;
ComPtr<ID3D11DepthStencilView> m_depthStencilView;
ComPtr<ID3D11Buffer> m_constantBuffer;
ConstantBuffer m_constantBufferData;
2. 建立深度樣板檢視
除了建立轉譯目標檢視之外，我們也會建立深度樣板檢視。 深度樣板檢視可讓 Direct3D 有效率地在離相機更遠的物件前面呈現更接近相機的物件。 在我們可以建立深度樣板緩衝區的檢視之前，我們必須建立深度樣板緩衝區。 我們會填入 D3D11_TEXTURE2D_DESC 來描述深度樣板緩衝區，然後呼叫 ID3D11Device::CreateTexture2D 來建立深度樣板緩衝區。 若要建立深度樣板檢視，我們會填入 D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC 來描述深度樣板檢視，並將深度樣板檢視描述和深度樣板緩衝區傳遞至 ID3D11Device::CreateDepthStencilView。
// Once the render target view is created, create a depth stencil view. This
// allows Direct3D to efficiently render objects closer to the camera in front
// of objects further from the camera.
D3D11_TEXTURE2D_DESC backBufferDesc = {0};
backBuffer->GetDesc(&backBufferDesc);
D3D11_TEXTURE2D_DESC depthStencilDesc;
depthStencilDesc.Width = backBufferDesc.Width;
depthStencilDesc.Height = backBufferDesc.Height;
depthStencilDesc.MipLevels = 1;
depthStencilDesc.ArraySize = 1;
depthStencilDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
depthStencilDesc.SampleDesc.Count = 1;
depthStencilDesc.SampleDesc.Quality = 0;
depthStencilDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
depthStencilDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
depthStencilDesc.CPUAccessFlags = 0;
depthStencilDesc.MiscFlags = 0;
ComPtr<ID3D11Texture2D> depthStencil;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateTexture2D(
&depthStencilDesc,
nullptr,
&depthStencil
)
);
D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC depthStencilViewDesc;
depthStencilViewDesc.Format = depthStencilDesc.Format;
depthStencilViewDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D;
depthStencilViewDesc.Flags = 0;
depthStencilViewDesc.Texture2D.MipSlice = 0;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateDepthStencilView(
depthStencil.Get(),
&depthStencilViewDesc,
&m_depthStencilView
)
);
3. 使用視窗更新透視
我們會根據視窗尺寸來更新常數緩衝區的透視投影參數。 我們會將參數修正為 70 度視野，深度範圍為 0.01 到 100。
// Finally, update the constant buffer perspective projection parameters
// to account for the size of the application window. In this sample,
// the parameters are fixed to a 70-degree field of view, with a depth
// range of 0.01 to 100. For a generalized camera class, see Lesson 5.
float xScale = 1.42814801f;
float yScale = 1.42814801f;
if (backBufferDesc.Width > backBufferDesc.Height)
{
xScale = yScale *
static_cast<float>(backBufferDesc.Height) /
static_cast<float>(backBufferDesc.Width);
}
else
{
yScale = xScale *
static_cast<float>(backBufferDesc.Width) /
static_cast<float>(backBufferDesc.Height);
}
m_constantBufferData.projection = DirectX::XMFLOAT4X4(
xScale, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, yScale, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 0.0f, -1.0f, -0.01f,
0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f
);
4. 使用色彩元素建立頂點和像素著色器
在此應用程式中，我們會建立比上一個教學課程中描述的 [建立著色器和繪圖基本類型] 更複雜的頂點和像素著色器。 應用程式的頂點著色器會將每個頂點位置轉換成投影空間，並將頂點色彩傳遞至像素著色器。
應用程式的 D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC 結構陣列 (描述頂點著色器程式碼的配置) 具有兩個配置元素：一個元素定義頂點位置，另一個元素定義顏色。
我們會建立頂點、索引和常數緩衝區，以定義軌道 Cube。
定義軌道 Cube
- 首先，我們定義 Cube。 除了位置之外，我們會為每個頂點指派色彩。 這可讓像素著色器以不同的方式為每個臉部著色，以便區分臉部。
- 接下來，我們會使用 Cube 定義來描述頂點和索引緩衝區 (D3D11_BUFFER_DESC 和 D3D11_SUBRESOURCE_DATA)。 我們針對每個緩衝區呼叫 ID3D11Device::CreateBuffer 一次。
- 接下來，我們會建立常數緩衝區 (D3D11_BUFFER_DESC)，以將模型、檢視和投影矩陣傳遞至頂點著色器。 我們稍後可以使用常數緩衝區來旋轉 Cube，並將透視投影套用至 Cube。 我們會呼叫 ID3D11Device::CreateBuffer 來建立常數緩衝區。
- 接下來，我們會指定對應到 X = 0、Y = 1、Z = 2 的相機位置的檢視轉換。
- 最後，我們會宣告一個 [度] 變數，我們將用來透過旋轉每個畫面來建立 Cube 的動畫效果。
auto loadVSTask = DX::ReadDataAsync(L"SimpleVertexShader.cso");
auto loadPSTask = DX::ReadDataAsync(L"SimplePixelShader.cso");
auto createVSTask = loadVSTask.then([this](const std::vector<byte>& vertexShaderBytecode) {
ComPtr<ID3D11VertexShader> vertexShader;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateVertexShader(
vertexShaderBytecode->Data,
vertexShaderBytecode->Length,
nullptr,
&vertexShader
)
);
// Create an input layout that matches the layout defined in the vertex shader code.
// For this lesson, this is simply a DirectX::XMFLOAT3 vector defining the vertex position, and
// a DirectX::XMFLOAT3 vector defining the vertex color.
const D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC basicVertexLayoutDesc[] =
{
{ "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
{ "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
};
ComPtr<ID3D11InputLayout> inputLayout;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateInputLayout(
basicVertexLayoutDesc,
ARRAYSIZE(basicVertexLayoutDesc),
vertexShaderBytecode->Data,
vertexShaderBytecode->Length,
&inputLayout
)
);
});
// Load the raw pixel shader bytecode from disk and create a pixel shader with it.
auto createPSTask = loadPSTask.then([this](const std::vector<byte>& pixelShaderBytecode) {
ComPtr<ID3D11PixelShader> pixelShader;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreatePixelShader(
pixelShaderBytecode->Data,
pixelShaderBytecode->Length,
nullptr,
&pixelShader
)
);
});
// Create vertex and index buffers that define a simple unit cube.
auto createCubeTask = (createPSTask && createVSTask).then([this] () {
// In the array below, which will be used to initialize the cube vertex buffers,
// each vertex is assigned a color in addition to a position. This will allow
// the pixel shader to color each face differently, enabling them to be distinguished.
SimpleCubeVertex cubeVertices[] =
{
{ float3(-0.5f, 0.5f, -0.5f), float3(0.0f, 1.0f, 0.0f) }, // +Y (top face)
{ float3( 0.5f, 0.5f, -0.5f), float3(1.0f, 1.0f, 0.0f) },
{ float3( 0.5f, 0.5f, 0.5f), float3(1.0f, 1.0f, 1.0f) },
{ float3(-0.5f, 0.5f, 0.5f), float3(0.0f, 1.0f, 1.0f) },
{ float3(-0.5f, -0.5f, 0.5f), float3(0.0f, 0.0f, 1.0f) }, // -Y (bottom face)
{ float3( 0.5f, -0.5f, 0.5f), float3(1.0f, 0.0f, 1.0f) },
{ float3( 0.5f, -0.5f, -0.5f), float3(1.0f, 0.0f, 0.0f) },
{ float3(-0.5f, -0.5f, -0.5f), float3(0.0f, 0.0f, 0.0f) },
};
unsigned short cubeIndices[] =
{
0, 1, 2,
0, 2, 3,
4, 5, 6,
4, 6, 7,
3, 2, 5,
3, 5, 4,
2, 1, 6,
2, 6, 5,
1, 7, 6,
1, 0, 7,
0, 3, 4,
0, 4, 7
};
D3D11_BUFFER_DESC vertexBufferDesc = {0};
vertexBufferDesc.ByteWidth = sizeof(SimpleCubeVertex) * ARRAYSIZE(cubeVertices);
vertexBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
vertexBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
vertexBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
vertexBufferDesc.MiscFlags = 0;
vertexBufferDesc.StructureByteStride = 0;
D3D11_SUBRESOURCE_DATA vertexBufferData;
vertexBufferData.pSysMem = cubeVertices;
vertexBufferData.SysMemPitch = 0;
vertexBufferData.SysMemSlicePitch = 0;
ComPtr<ID3D11Buffer> vertexBuffer;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateBuffer(
&vertexBufferDesc,
&vertexBufferData,
&vertexBuffer
)
);
D3D11_BUFFER_DESC indexBufferDesc;
indexBufferDesc.ByteWidth = sizeof(unsigned short) * ARRAYSIZE(cubeIndices);
indexBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
indexBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_INDEX_BUFFER;
indexBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
indexBufferDesc.MiscFlags = 0;
indexBufferDesc.StructureByteStride = 0;
D3D11_SUBRESOURCE_DATA indexBufferData;
indexBufferData.pSysMem = cubeIndices;
indexBufferData.SysMemPitch = 0;
indexBufferData.SysMemSlicePitch = 0;
ComPtr<ID3D11Buffer> indexBuffer;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateBuffer(
&indexBufferDesc,
&indexBufferData,
&indexBuffer
)
);
// Create a constant buffer for passing model, view, and projection matrices
// to the vertex shader. This will allow us to rotate the cube and apply
// a perspective projection to it.
D3D11_BUFFER_DESC constantBufferDesc = {0};
constantBufferDesc.ByteWidth = sizeof(m_constantBufferData);
constantBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
constantBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER;
constantBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
constantBufferDesc.MiscFlags = 0;
constantBufferDesc.StructureByteStride = 0;
DX::ThrowIfFailed(
m_d3dDevice->CreateBuffer(
&constantBufferDesc,
nullptr,
&m_constantBuffer
)
);
// Specify the view transform corresponding to a camera position of
// X = 0, Y = 1, Z = 2. For a generalized camera class, see Lesson 5.
m_constantBufferData.view = DirectX::XMFLOAT4X4(
-1.00000000f, 0.00000000f, 0.00000000f, 0.00000000f,
0.00000000f, 0.89442718f, 0.44721359f, 0.00000000f,
0.00000000f, 0.44721359f, -0.89442718f, -2.23606800f,
0.00000000f, 0.00000000f, 0.00000000f, 1.00000000f
);
});
// This value will be used to animate the cube by rotating it every frame.
float degree = 0.0f;
5. 旋轉和繪製 Cube，並呈現轉譯的影像
我們進入無限迴圈，以持續轉譯和顯示場景。 我們呼叫 rotationY 內嵌函數 (BasicMath.h)，其旋轉量可設定值，以繞 Y 軸旋轉 Cube 的模型矩陣。 然後，我們會呼叫 ID3D11DeviceContext::UpdateSubresource 來更新常數緩衝區並旋轉 Cube 模型。 我們呼叫 ID3D11DeviceContext::OMSetRenderTargets 將轉譯目標指定為輸出目標。 在此 OMSetRenderTargets 呼叫中，我們會傳遞深度樣板檢視。 我們會呼叫 ID3D11DeviceContext::ClearRenderTargetView 將轉譯目標清除維純藍色，並呼叫 ID3D11DeviceContext::ClearDepthStencilView 以清除深度緩衝區。
在無限迴圈中，我們也在藍色表面上繪製 Cube。
繪製 Cube
- 首先，我們會呼叫 ID3D11DeviceContext::IASetInputLayout 來描述頂點緩衝區資料如何串流至輸入組譯工具階段。
- 接下來，我們會呼叫 ID3D11DeviceContext::IASetVertexBuffers 和 ID3D11DeviceContext::IASetIndexBuffer 將頂點和索引緩衝區繫結到輸入組譯工具階段。
- 接著，我們會使用 D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLESTRIP 值呼叫 ID3D11DeviceContext::IASetPrimitiveTopology 以指定輸入組譯工具階段將頂點資料解釋為三角形寬帶。
- 接下來，我們會呼叫 ID3D11DeviceContext::VSSetShader 以使用頂點著色器程式碼初始化頂點著色器階段，並且呼叫 ID3D11DeviceContext::PSSetShader 以使用像素著色器程式碼初始化像素著色器階段。
- 接下來，我們會呼叫 ID3D11DeviceContext：：VSSetConstantBuffers 以設定頂點著色器管線階段所使用的常數緩衝區。
- 最後，我們呼叫 ID3D11DeviceContext：:D rawIndexed 來繪製 Cube，並將其提交至轉譯管線。
我們會呼叫 IDXGISwapChain::Present 以將轉譯的影像呈現到視窗。
// Update the constant buffer to rotate the cube model.
m_constantBufferData.model = XMMatrixRotationY(-degree);
degree += 1.0f;
m_d3dDeviceContext->UpdateSubresource(
m_constantBuffer.Get(),
0,
nullptr,
&m_constantBufferData,
0,
0
);
// Specify the render target and depth stencil we created as the output target.
m_d3dDeviceContext->OMSetRenderTargets(
1,
m_renderTargetView.GetAddressOf(),
m_depthStencilView.Get()
);
// Clear the render target to a solid color, and reset the depth stencil.
const float clearColor[4] = { 0.071f, 0.04f, 0.561f, 1.0f };
m_d3dDeviceContext->ClearRenderTargetView(
m_renderTargetView.Get(),
clearColor
);
m_d3dDeviceContext->ClearDepthStencilView(
m_depthStencilView.Get(),
D3D11_CLEAR_DEPTH,
1.0f,
0
);
m_d3dDeviceContext->IASetInputLayout(inputLayout.Get());
// Set the vertex and index buffers, and specify the way they define geometry.
UINT stride = sizeof(SimpleCubeVertex);
UINT offset = 0;
m_d3dDeviceContext->IASetVertexBuffers(
0,
1,
vertexBuffer.GetAddressOf(),
&stride,
&offset
);
m_d3dDeviceContext->IASetIndexBuffer(
indexBuffer.Get(),
DXGI_FORMAT_R16_UINT,
0
);
m_d3dDeviceContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
// Set the vertex and pixel shader stage state.
m_d3dDeviceContext->VSSetShader(
vertexShader.Get(),
nullptr,
0
);
m_d3dDeviceContext->VSSetConstantBuffers(
0,
1,
m_constantBuffer.GetAddressOf()
);
m_d3dDeviceContext->PSSetShader(
pixelShader.Get(),
nullptr,
0
);
// Draw the cube.
m_d3dDeviceContext->DrawIndexed(
ARRAYSIZE(cubeIndices),
0,
0
);
// Present the rendered image to the window. Because the maximum frame latency is set to 1,
// the render loop will generally be throttled to the screen refresh rate, typically around
// 60 Hz, by sleeping the application on Present until the screen is refreshed.
DX::ThrowIfFailed(
m_swapChain->Present(1, 0)
);
摘要和後續步驟
我們在基本類型上使用深度、透視、色彩和其他效果。
接下來，我們會將紋理套用至基本類型。