|
Дата публикации статьи: 17.06.2006 14:40 ГЛАВА 6. Введение в Direct3D
Главным плюсом версии семь DirectX является наличие в ней выделенного интерфейса для работы с графикой 2D (DirectDraw) и относительно высокоуровнего интерфейса для работы с графикой 3D (Direct3DRM). Поэтому не спишите расставаться с DirectX семь, особенно если вам нужна только графика 2D и устраивает старая видео карта с хорошим качеством 2D. Версия DirectX восемь объединила 3D и 2D графику в одном флаконе. Теперь составляющая, отвечающая за всю графику называется DirectX Graphics, она включает библиотеку Direct3DX, содержащую большое количество сервисных функций и структур, что несколько облегчает программирования графики 3D.
Непосредственную работа с треугольниками в седьмой версии DirectX осуществлял интерфейс Direct3D Immediate Mode. Работать с интерфейсом Direct3D Immediate Mode по сравнению с высокоуровневым Direct3D Retained Mode было тяжело, это и обусловило появление Direct3D восемь. Работать стало сложнее чем с Direct3D Retained Mode, но проще чем с Direct3D Immediate Mode, а самое главное появился легкий доступ к треугольнику. Треугольники группируются в буфер и выводятся в контейнере визуализации. Несмотря на поддержку файлов формата X (запихнул в него всю сцену и все) работа на уровне треугольников необходима для моделирования объектов, изменяющих геометрическую конфигурацию во времени. Инициализация DirectX8 для работы с трехмерной графикой требует ряда поэтапных стандартных действий. Создайте проект Standard EXE(см. проект папка N13/). В этом примере создается простейшее приложение DirectX8, естественно это будет треугольник. Треугольник будет трехмерным, то есть у него будет координата Z. Подключите к проекту библиотеку типов DirectX: Project/References/DirectX8 for VB Type Library(Рис. 2)
Введите в раздел General после Option Explicit следующий код: Option Explicit Dim g_DX As New DirectX8 Dim g_D3D As Direct3D8 Dim g_D3DDevice As Direct3DDevice8 Dim g_VB As Direct3DVertexBuffer8 Private Type CUSTOMVERTEX postion As D3DVECTOR normal As D3DVECTOR End Type Const D3DFVF_CUSTOMVERTEX = (D3DFVF_XYZ Or D3DFVF_NORMAL) Dim Alfa As Single Dim Proverka As Single В переменной g_DX хранится ссылка на “верхний” объект – собственно на всю библиотеку DirectX8. Объектная переменная D3D нужна для получения доступа к сервисам предоставляемым интерфейсом Direct3D8, а в переменной g_D3Ddevice будет хранится ссылка на интерфейс Direct3DDevice8. Интерфейс Direct3DDevice8 рабочая лошадка, которая выводит в окно графику, созданную графическим адаптером, установленным в системе. Трехмерная графика основана на размещении в пространстве (трехмерной системе координат) треугольников. Для описания одной из трех вершин треугольника вводится структура CUSTOMVERTEX. Структура состоит из двух структур D3DVECTOR, которые в свою очередь состоят из координат x, y и z. Первая структура postion - это координаты вершины треугольника, а вторая структура normal - это нормаль к плоскости в которой лежит треугольник. Нормаль нужна для правильного расчета освещения (в данном примере нормали не используются, см. пример ниже). Размещенные в пространстве треугольники превратятся в трехмерную фигуру если их разместить в буфере, ссылка на который будет храниться в переменной Direct3DVertexBuffer8. Определяя на уровне формы константу Const D3DFVF_CUSTOMVERTEX = (D3DFVF_XYZ Or D3DFVF_NORMAL), мы сигнализируем DirectX о том, что каждая вершина треугольника имеет координату X,Y,Z и имеет в этой точке нормаль к плоскости в которой лежит треугольник (Рис. 3).
Вообще структура CUSTOMVERTEX может иметь и больше членов, а константа D3DFVF_CUSTOMVERTEX принимать и такие значения:
(D3DFVF_XYZ Or D3DFVF_DIFFUSE);
(D3DFVF_XYZRHW Or D3DFVF_DIFFUSE);
(D3DFVF_XYZ Or D3DFVF_NORMAL).
Private Type CUSTOMVERTEX
x As Single
y As Single
z As Single
rhw As Single
color As Long
tu As Single
tv As Single
End Type
В большинстве примеров будет использоваться структура с координатами и нормалью , а также будет показано применение членов структуры tu и tv для наложения текстуры. Введите следующий код в событие формы Private Sub Form_Load():
Private Sub Form_Load()
Alfa = 0#
Proverka = 0#
Set g_D3D = g_DX.Direct3DCreate()
Dim mode As D3DDISPLAYMODE
g_D3D.GetAdapterDisplayMode D3DADAPTER_DEFAULT, mode
Dim d3dpp As D3DPRESENT_PARAMETERS
d3dpp.Windowed = 1
d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_COPY_VSYNC d3dpp.BackBufferFormat = mode.Format
d3dpp.BackBufferCount = 1
d3dpp.EnableAutoDepthStencil = 1
d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16
Set g_D3DDevice = g_D3D.CreateDevice(
D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, Picture1.hWnd, _
D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, d3dpp)
g_D3DDevice.SetRenderState D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE
Dim Vertices(2) As CUSTOMVERTEX '0,1,2 массив из трех вершин
Vertices(0).postion.x = -0.2
Vertices(0).postion.y = 0#
Vertices(0).postion.z = 0#
Vertices(1).postion.x = 0.2
Vertices(1).postion.y = 0#
Vertices(1).postion.z = 0#
Vertices(2).postion.x = 0#
Vertices(2).postion.y = 0.2
Vertices(2).postion.z = 0.2
Dim VertexSizeInBytes As Long
VertexSizeInBytes = Len(Vertices(0))
Set g_VB = g_D3DDevice.CreateVertexBuffer(VertexSizeInBytes * 3, _
0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX, D3DPOOL_DEFAULT)
D3DVertexBuffer8SetData g_VB, 0, VertexSizeInBytes * 3, 0, Vertices(0)
End Sub
При загрузке формы записываем в указатель g_D3D адрес на объект, отвечающий в DirectX8 за трехмерную графику - Set g_D3D = g_DX.Direct3DCreate(). Почему при установки точки после переменной g_DX появляется список с функциями. (Рис. 4).
Потому что в блоке кода после Option Explicit переменная g_DX была объявлена с ключевым словом New. Был автоматически получен объект из внутрипроцесного сервера физически, расположенного в dx8vb.dll. Переменная g_DX это самый верхний указатель DirectX с помощью которого можно гуляться по всей иерархии объектов. В DirectX заложена поддержка работы не только с графикой, но и с устройствами ввода DirectInput(клавиатура, мышь, джойстик), работа со звуком DirectMusic-Sound , работа с сетью DirectPlay итп. В нашем случае мы получили доступ к графическим возможностям DirectX. Инициализировав переменную g_D3D мы спустились на один уровень иерархии ниже. Эта переменная создана с использованием команды Set, а это значит что доступ к интерфейсам, отвечающим за графику был получен через таблицу указателей на интерфейсы, благодаря этому и возможна прогулка по иерархии DirectX. Доступ к музыкальным или сетевым возможностям DirectX также осуществляется подобным образом (Рис. 5).
Аппаратно в системе за вывод графики на монитор естественно отвечает видеоадаптер (которых может быть и несколько). Имея доступ к графическим интерфейсам библиотеки DirectX (через переменную g_D3D) выбираем видеоадаптер по умолчанию о чем говорит флаг D3DADAPTER_DEFAULT. Затем идет структура mode в которую входят следующие переменные:
Type D3DDISPLAYMODE
Format As CONST_D3DFORMAT
Height As Long
RefreshRate As Long
Width As Long
End Type
Наибольший интерес из полей структуры представляет константа, заполняемая из перечисления CONST_D3DFORMAT. Описать все флаги и структуры, приведенные в коде не имеет смысла, так как они прекрасно описаны в файле справки, прилагаемом к SDK. Все эти структуры, перечисления и флаги кочуют из приложения в приложение без изменений и если необходимо узнать подробности - воспользуйтесь файлом справки. Использовать файл справки очень просто. В коде, после выбора адаптера объявлена структура D3DPRESENT_PARAMETERS, а ее поля заполнены информацией Dim d3dpp As D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp.Windowed = 1 d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_COPY_VSYNC d3dpp.BackBufferFormat = mode.Format d3dpp.BackBufferCount = 1 d3dpp.EnableAutoDepthStencil = 1 d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16 В файле справки в поле “Введите ключевое поле для поиска” – вставьте D3DPRESENT_PARAMETERS. Файл справки выдаст исчерпывающее описание этой структуры (Рис. 6).
Структура состоит из шести полей, а если описывать каждое ее поле в отдельности получится книжка размером с небольшую брошюру – и это только для одной структуры. Первое поле имеет значение d3dpp.Windowed = 1. Из перевода можно понять, что приложение оконное, если бы значение было равно нулю приложение не имеет окна. Второе поле d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_COPY_VSYNC. Из перевода следует что, необходимо иметь буфер в видеопамяти в котором будет строится трехмерная сцена перед выводом на экран. Поле d3dpp.BackBufferFormat = mode.Format как следует из перевода (…”должен быть установлен, чтобы соответствовать формату текущего способа показа…”) должно соответствовать текущему видеорежиму. Этот режим устанавливается в настройках “Свойства: Экрана”. Теперь самая страшная и сокровенная тайна про DirectX. Введите в поле справки следующий текст D3DFMT_D16. Файл справки выдал:
Dim d3dpp As D3DPRESENT_PARAMETERS
d3dpp.Windowed = 1
d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_COPY_VSYNC
d3dpp.EnableAutoDepthStencil = 1
d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16
By setting the EnableAutoDepthStencil member to a nonzero value (True),
you instruct Direct3D to manage depth buffers for the application.
Note that AutoDepthStencilFormat must be set to a valid depth buffer format.
The D3DFMT_D16 flag specifies a 16-bit depth buffer, if one is available.
The following call to the Direct3D8.CreateDevice method creates a device
that then creates a depth buffer.
Set d3dDevice = g_D3D.CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd, _
D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, d3dpp)
If d3dDevice Is Nothing Then Exit Function
Это практически один в один блок кода из вводного примера который отвечает за подготовку поверхностей для вывода графики. Тайна программирования DirectX заключается в том, что, описание большинства структур и определений кочует из приложения в приложение. Определение их пред основной работой (собственно чем мы сейчас и занимаемся) называют созданием каркаса приложения. Проще говоря не запоминайте все подряд, а когда понадобится читайте файл справки.
Dim col As D3DCOLORVALUE With col: .r = 1: .g = 0.5: .b = 0: .a = 0: End With Dim mtrl As D3DMATERIAL8 mtrl.Ambient = col g_D3DDevice.SetMaterial mtrl g_D3DDevice.SetRenderState D3DRS_AMBIENT, &HFFFFFFFF Структура D3DCOLORVALUE, так же имеет значение RGBA (только ее значения записаны не в шестнадцатеричной, а десятичной форме) и меняет их от 0,0 до 1,0. Цвет треугольника примерно получится кирпичным. Далее объявлена структура D3DMATERIAL8. В ней мы присваиваем кирпичный цвет материалу, а после вызова функции SetMateria этом материал становится достоянием сцены. Слово AMBIENT переводится на русский язык как – окружающий. Окружающий свет с максимальным значением &HFFFFFFFF становится достоянием сцены в функции g_D3DDevice.SetRenderState. Свет в сцене не будет бликовать на поверхности треугольника , так как неописаны нормали . Теперь перейдем к геометрии. За геометрию отвечает следующий блок из функции Render: Dim matWorld As D3DMATRIX D3DXMatrixRotationY matWorld, Alfa g_D3DDevice.SetTransform D3DTS_WORLD, matWorld Dim matView As D3DMATRIX Dim vec1 As D3DVECTOR vec1.x = 0#: vec1.y = 1: vec1.z = -2# Dim vec2 As D3DVECTOR vec2.x = 0#: vec2.y = 0#: vec2.z = 0# Dim vec3 As D3DVECTOR vec3.x = 0#: vec3.y = 1#: vec3.z = 0# D3DXMatrixLookAtLH matView, vec1, vec2, vec3 g_D3DDevice.SetTransform D3DTS_VIEW, matView Dim matProj As D3DMATRIX D3DXMatrixPerspectiveFovLH matProj, 3.1415 / 4, 1, 1, 1000 g_D3DDevice.SetTransform D3DTS_PROJECTION, matProj Перед описанием кода представим трехмерное пространство в воображении (Рис. 7).
Координаты треугольника (из массива вершин Dim Vertices(2) As CUSTOMVERTEX) имеют значение: X = -0.2;Y = 0; Z= 0: X = 0.2;Y = 0; Z= 0: X = 0;Y = 0.2; Z= 0.2. Эти координаты называются – координаты трехмерного мира. Центр мира находится в координате X = 0;Y = 0; Z= 0. Бывает, что миров в программе нужно представить несколько. Предположим вы пишите компьютерную игру где главный мир это планета. Координаты космического корабля задаются относительно планеты. В космическом корабле сидят космонавты их координаты задаются от центра корабля, а не от планеты (принцип матрешки). Изменились координаты самого большого “мира”, относительно него изменятся и координаты других “миров” поменьше, но то что творится внутри маленьких ”миров” будет происходить только внутри них. В нашем случае только один мир и в нем один треугольник. Переменная для хранения координат мира находится в матрице Dim matWorld As D3DMATRIX (представьте матрицу как “черный ящик” умеющий правильно хранить положение объектов). Земля наш главный мир который вращается вокруг своей оси, а мы летаем вокруг на управляемом космическом корабле. Корабль летает куда хочет, одновременно земля вращается. Значит картина мира меняется и мы смотрим на нее с разных углов зрения. Нужна еще одна матрица просмотра, которая будет определять наш угол зрения. Переменная для хранения координат точки просмотра находится в матрице Dim matView As D3DMATRIX. Все координаты в трехмерном мире задаются векторами – представляйте вектор как структуру состоящую из трех координат X, Y и Z. Координаты точки просмотра относительно центра мира задаются вектором vec1: Dim vec1 As D3DVECTOR vec1.x = 0#: vec1.y = 1: vec1.z = -2# Направление взгляда определяется вектором vec2 (смотрим в центр мира) : Dim vec2 As D3DVECTOR vec2.x = 0#: vec2.y = 0#: vec2.z = 0# Ориентация в пространстве вектором vec3 : Dim vec3 As D3DVECTOR vec3.x = 0#: vec3.y = 1#: vec3.z = 0#
Ориентация в пространстве в DirectX задается в левой системе координат при которой координата Y смотрит вверх, координата X увеличивается в право, координата Z в направлении от точки зрения. Если изменить значения векторов на vec3.x = 1#: vec3.y = 0#: vec3.z = 0#, то треугольник повернется на девяносто градусов, а если vec3.x = 1#: vec3.y = 1#: vec3.z = 0#, то на сорок пять.
Матрица для проекции трехмерного мира на экран монитора находится в переменной Dim matProj As D3DMATRIX.
D3DXMatrixRotationY matWorld, Alfa D3DXMatrixLookAtLH matView, vec1, vec2, vec3 D3DXMatrixPerspectiveFovLH matProj, 3.1415 / 4, 1, 1, 100
Это глобальные функции вспомогательной библиотеки Direct3DX. В первом случае после выхода из функции матрица мира изменит координата мира на угол Alfa. Во втором случае изменение коснется не мира а положения смотрящего на этот мир. В третьем случае укажем как смотреть (под каким углом) на наш мир. В функции которая указывает как смотреть первый параметр это угол (450), второй отношение ширины и высоты (см. размеры элемента Picture1 из примера), третий и четвертый расстояние до ближней и дальней плоскостей отсечения сцены (задается произвольно). В сцене буду отображаться только объекты координаты которых попадут между этих плоскостей. После каждой из трех функций библиотеки Direct3DX сразу идет функция g_D3DDevice.SetTransform с соответствующим флагами:
Private Sub Command1_Click() Alfa = Alfa + 0.1 Render End Sub
При каждом новом вызове функции Render происходит обновление матрицы мира, так как переменная Alfa зашита в функцию D3DXMatrixRotationY. Теперь функцию Render можно вставлять в любой обработчик событий, например в Paint. Если эту функцию привязать к прерыванию таймера треугольник будет вращаться постоянно.
Вершина каждого треугольника описывается, как и раньше в структуре CUSTOMVERTEX. В структуре появились две переменные tu и tv, так же изменилась константа D3DFVF_CUSTOMVERTEX – появился флаг D3DFVF_TEX1. Переменные tu и tv это координаты, которые обычно принимают значения от 0 до 1. За единицу принимается размер плоскости, при этом tu – горизонтальная составляющая, а tv вертикальная. Текстура ляжет на плоскость один к одному если значения tu и tv равны единице, если вместо единицы подставить 4 текстура размножиться, а 0.5 сожмется. Понятно, что координаты tv и tu это отношение размеров плоскости и текстуры (Рис. 10).
Текстура храниться в файле banana.bmp. Для работы с текстурами в разделе Option Explicit объявлена интерфейсная переменная Dim g_Texture As Direct3DTexture8, инкапсулирующая в DirectX представление битовой графики. Инициализация переменной производится в функции Set g_Texture = g_D3DX.CreateTextureFromFile(g_D3DDevice, App.Path + "\banana.bmp"). Присоединение к трехмерной сцене в функции g_D3DDevice.SetTexture 0, g_Texture. Обратите внимание в этой трехмерной сцене уже два треугольника. Количество треугольников изменилось, изменились и параметры функций (по сравнению с примером описанным выше). Теперь в функции CreateVertexBuffer первый параметр равен выражению 20 * 4 (четыре структуры размером по двадцать байт). Хотя в двух треугольниках шесть вершин мы описали только четыре, так как в функции DrawPrimitive указан флаг D3DPT_TRIANGLESTRIP. Если указать флаг D3DPT_TRIANGLELIST надо описывать все шесть вершин. Все вершины надо указывать если нужен доступ к каждому треугольнику. Третий параметр функции указывает на число примитивов (треугольников) в трехмерной сцене.
|
