Алексей Александров - Введение в Direct3D8
• Поддержка растеризации различных геометрических примитивов: точек, отрезков, треугольников. Примитивы более высокого уровня тоже имеются, но только при соотвествующей поддержке оборудованием – эмуляция не обеспечивается.
• Очень мощная подсистема освещения: свет и материалы.
• 3D текстурирование. Очень забавная и гибкая вещь, позволяющая делать поистине впечатляющие вещи: можно натянуть любое изображение на любой 3D объект.
• За деталями упомянутого и всего остального – добро пожаловать в DirectX 8.0a SDK.
С чего начать?
Работа с любой новой средой разработки или библиотекой начинается, как правило, с одного и того же вопроса: "Боже мой! Ну почему оно не компилируется???!!!". Для успешной компиляции Direct3D8 проекта Вам необходимо включить некоторые заголовочные файлы и скомпоновать Вашу программу с соотвествующими lib-файлами. Наиболее важными являются 2 заголовочных и 2 lib-файла:
• d3d8.h – Файл с определениями основных интерфейсов, констант и тому подобного.
• d3d8.lib – Файл для компоновки Вашей программы с динамической библиотекой Direct3D8.
• d3dx8.h – Вспомогательные интерфейсы и определения, несколько облегчающие жизнь среднестатистическому программисту.
• d3dx8.lib – Библиотека для компоновки программы с d3dx8.dll.
Среди файлов демо-проекта вы увидите 2 файла: D3D8Include.h и D3DX8Include.h. Просто включите их в файл stdafx.h Вашего проекта. Тем самым будут включены все необходимые header-файлы и обеспечена компоновка с соотвествующими lib-файлами.
Ну вот, вроде бы все готово к бою и что же теперь? Первым делом необходимо создать IDirect3D8 объект. Не совсем, правда, грамотно звучит. Правильнее было бы сказать, "необходимо создать некий объект, который выставляет интерфейс IDirect3D8", но, думаю, Вы мне простите подобные вольности. Объект IDirect3D8 обеспечивает создание 3D устройств, получение информации о возможностях устройства, перечисление видеорежимов адаптера и получение подробной информации о них, в общем, кучу всего интересного и нужного. Мой демо-проект для создания этого нужного объекта использует класс-обертку CD3D8Application. Для его использования надо просто унаследовать от него класс приложения и в какой-нибудь функции инициализации (например, в OnInitDialog) вызвать метод CD3D8Application::Direct3DInitOK() для проверки результата создания объекта. Объект IDirect3D8 создается в конструкторе класса CD3D8Application с помощью вызова функции Direct3DCreate8(). Замечательная функция в том плане, что принимает только один параметр, да и тот просто обязан быть D3D_SDK_VERSION. Таким образом, создание требуемого объекта сводится к следующему:
pDirect3DObject = Direct3DCreate8(D3D_SDK_VERSION);
if (!pDirect3DObject) {
// Do something!!! Error occured!!!
}
После создание объекта IDirect3D8 мы должны создать еще что-то, на чем мы будем рисовать. Это "что-то" называется IDirect3DDevice8 и мы можем его создать с помощью метода IDirect3D8::CreateDevice(). В демо-проекте эта функция вызывается из C3DGraphic::Create() следующим образом:
D3DDISPLAYMODE theDisplayMode;
hr = m_p3DApplication->m_pDirect3DObject->GetAdapterDisplayMode(D3DADAPTER_DEFAULT, &theDisplayMode);
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
D3DPRESENT_PARAMETERS thePresentParams;
ZeroMemory(&thePresentParams, sizeof(thePresentParams));
thePresentParams.Windowed = TRUE;
thePresentParams.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
thePresentParams.BackBufferFormat = theDisplayMode.Format;
thePresentParams.EnableAutoDepthStencil = TRUE;
thePresentParams.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16;
hr = m_p3DApplication->m_pDirect3DObject->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL,
m_hwndRenderTarget, D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &thePresentParams, &m_p3DDevice);
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
Только что мы создали 3D устройство, задав при этом кучу параметров. Несколько комментариев и разъяснений, что есть что:
• 3D устройство было создано для видеоадаптера, используемого по умолчанию. Об этом говорит параметр D3DADAPTER_DEFAULT. Средний житель России имеет от 0 до 1 видеоадаптеров, так что особых проблем с этим параметром возникнуть не должно.
• Созданное устройство имеет один back-буфер, цветовой формат буфера такой же как у экрана.
• Устройство создано для использования в оконном режиме. Весь рендеринг будет направлен на окно m_hwndRenderTarget. Эта переменная соотвествует окну нашего вида C3DGraphFrame. Антиподом оконному режиму служит полноэкранный режим. Для работы с ним надо при создании устройства переменную Windowed установить в FALSE, а не в TRUE.
• Устройство имеет автоматически созданный depth-буфер, который иногда еще называют z-буфером. Формат z-буфера – 16 бит на точку. В наше время трудно (но, правда, можно) найти видеоадаптер, который не поддерживает такой формат z-буфера. Z-буфер используется вычислительным ядром Direct3D для хранения информации о текущей z-координате каждой точки картинной плоскости. В конечном счете это используется для удаления невидимых линий и поверхностей.
• 3D устройство должно использовать все возможности аппаратуры. Если какое-либо требуемое свойство не поддерживается, Direct3D попытается эмулировать его на программном уровне. Вы можете поменять тип устройства с D3DDEVTYPE_HAL на D3DDEVTYPE_REF. В этом случае все вычисления будут проводиться на программном уровне. Такая эмуляция является очень медленной, и не все на свете можно эмулировать.
• Обрабатываться вершины (vertexes) должны на программном уровне. Мы сделали этот выбор, указав значение D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING. Можно указать вместо этого D3DCREATE_MIXED_VERTEXPROCESSING или D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING, но эти режимы поддерживаются далеко не всеми видеокартами.
Стоит заметить, что реальное приложение (игра, например) должны вначале анализировать возможности установленного оборудования, а затем уже принимать решение о возможности или, наоборот, невозможности продолжать работу. Для упрощения такая проверка в демо-приложении не делается.
От f(x,y)=sin(x+y) до 2D картинки
Жизнь всегда была сложнее, чем хотелось бы программисту. Например, все было бы гораздо проще, если бы существовала некая функция ХочуЧтобыНарисовалсяГрафикФункции(). Но во-первых, по-русски функции называть нельзя, во-вторых, такой функции просто нет. Все, что умеет IDirect3DDevice8, это нарисовать некоторые примитивы, да и для этого надо проделать кучу подготовительной работы. Как минимум, вы должны разместить координаты примитивов в вертекс-буфер ("vertex buffer"). Полное обсуждение вертекс-буферов находится за пределами этой статьи и могу лишь сказать, что это некая абстракция простого блока памяти, предназначенного для хранения координат и свойств точек трехмерного пространства. Работа с буфером осуществляется через интерфейс IDirect3DVertexBuffer8. Вы может заблокировать вертекс-буфер, получив при этом указатель на область памяти. Разыменовав указатель, можно записать что-нибудь в буфер, не забыв потом его разблокировать. В демо-приложении вы можете увидеть как это делается.
Обычно перед рисованием чего-либо мы хотим очистить кадр, чтобы новый кадр не накладывался на предыдущий. Это делается вызовом метода IDirect3DDevice8::Clear(). Вы найдете это в функции C3DGraphic::ReRender():
hr = m_p3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, m_dwBackColor, f, 0);
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
Мы здесь очищаем весь back-буфер, заполняя его цветом m_dwBackColor. Кроме этого, очищается z-буфер – он заполняется значением 1.0. 1.0 соответствует максимально дальней от наблюдателя плоскости (горизонт, грубо говоря), 0.0 – максимально ближней. Непосредственно рисование на 3D устройстве начинается с
m_p3DDevice->BeginScene();
а заканчивается строкой
m_p3DDevice->EndScene();
Все, что находится между этими вызовами символизирует анимацию очередного кадра. Обратите внимание на то, что мы постоянно употребляем термин "back-буфер". Совершенно верно! Все, что мы сейчас нарисовали, не видно на экране, оно существует пока только в памяти компьютера (не будем уточнять, в какой именно: системной или видео – очень тонкий вопрос). Для того, чтобы эти изменения перенеслись на экран монитора необходимо скопировать изображение из back-буфера на основную поверхность. Это делается вызовом функции IDirect3DDevice8::Present().
Следующий код обеспечивает непосредственно отрисовку изображения трехмерной функции:
hr = m_p3DDevice->SetStreamSource(0, m_pDataVB, sizeof(GRAPH3DVERTEXSTRUCT));
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
hr = m_p3DDevice->SetVertexShader(D3DFVF_GRAPH3DVERTEX);
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
hr = m_p3DDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, m_dwElementsInVB – 2);
if (FAILED(hr)) {
return hr;
}
Переменная m_pDataVB является членом класса C3DGraphic, она содержит указатель на интерфейс IDirect3DVertexBuffer8. В нашем случае содержимое вертекс-буфера представляет из себя массив структур GRAPH3DVERTEXSTRUCT:
typedef struct {
FLOAT x, y, z;
FLOAT nx, ny, nz;
} GRAPH3DVERTEXSTRUCT;
Здесь x, y и z – координаты точки, nx, ny, nz – компоненты нормали. Вектор нормали используется подсистемой Direct3D, отвечающей за освещение сцены. Чуть позже мы рассмотрим, как можно рассчитать эти компоненты. Перед вызовом функции DrawPrimitive() мы должны указать vertex shader и используемый поток данных. Выбор и установка потока данных производится с помощью функции SetStreamSorce(). Мы передаем ей номер устанавливаемого потока (0, если оспользуется только один поток), указатель на вертекс-буфер, из которого будут браться данные, и размер каждого элемента в потоке (то есть, sizeof(GRAPH3DVERTEXSTRUCT). Vertex shaders – новая возможность Direct3D. Это эдакая абстракция, символизирующая обработку вершин (вертексов). Грубо говоря, vertex shader обеспечивает перевод точки из трехмерного пространства модели в двумерную картинную плоскость. Вы можете написать на особом языке скрипт, обеспечивающий этот перевод, а можете использовать один из поддерживаемых стандартных механизмов, что мы и сделаем. Наш vertex shader D3DFVF_GRAPH3DVERTEX определен как D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL. Это означает, что каждая точка характеризуется 6-ю числами. Первые 3 из них трактуются как координаты вершины, остальные – как компоненты нормали.
