Microsoft Visual Express 2013 for Desktop C++
 Direct3D 11.0( SM 5.0 )
 DirectXTex texture processing library
 XMLLite

■Direct3D11 Exponential Shadow Maps Prev Top Next
関連ページ:Direct3D11 自作ライブラリ


今回はExponential Shadow Mapsをやります。指数シャドウマップです。細かい説明はここでは省略しますので、英語論文を参照してください。
またサンプルソースを見てませんが、もんしょの巣穴でも紹介されています。


@Direct3D 自作の共通ライブラリ一式をここを参照して作成してください。

Aシェーダー系で使用するソースです。
GaussianFilter.hlsl ガウスフィルターのhlslファイル
GaussianFilter.h ガウスフィルタークラスのヘッダーファイル
GaussianFilter.cpp ガウスフィルタークラスのソースファイル
ExponentialShadowMaps_Pass0.hlsl ExponentialShadowMapsのPass0のhlslファイル
ExponentialShadowMaps_Pass1.hlsl ExponentialShadowMapsのPass1のhlslファイル
ExponentialShadowMaps.h ExponentialShadowMapsクラスのヘッダーファイル
ExponentialShadowMaps.cpp ExponentialShadowMapsクラスのソースファイル

B個別に使用するソースです。
F14Mesh.h F14メッシュクラスのヘッダーファイル
F14Mesh.cpp F14メッシュクラスのソースファイル
PlaneMesh.h 地面メッシュクラスのヘッダーファイル
PlaneMesh.cpp 地面メッシュクラスのソースファイル
main.cpp main関数のソースファイル


---ExponentialShadowMaps_Pass0.hlsl---  ↑

// ************************************************************
// Exponential Shadow Maps Pass0
// ************************************************************

// 定数バッファ
cbuffer CBuffer : register( b0 )
{
   column_major float4x4 g_matLightWorldViewProj    : packoffset( c0 );  // ライトビューの正射影行列
};

// 頂点シェーダーの入力パラメータ
struct VS_IN
{
   float3 pos    : POSITION;    // 頂点座標
   float3 normal : NORMAL;      // 法線ベクトル
   float2 texel  : TEXCOORD;    // テクセル
};

// 頂点シェーダーの出力パラメータ
struct VS_OUT_PS_IN
{
   float4 pos      : SV_POSITION;
};

// 頂点シェーダー
VS_OUT_PS_IN ExponentialShadowMaps_Pass0_VS_Main( VS_IN In )
{
   VS_OUT_PS_IN Out;
   Out.pos = mul( float4( In.pos, 1.0f ), g_matLightWorldViewProj );
   return Out;
}

ライトビューの正射影空間上での深度値を出力するシェーダーソースです。
Variance Shadow Maps と異なり、ブラー処理は深度値に対してのみ行うため、ピクセルシェーダーは不要です。

---ExponentialShadowMaps_Pass1.hlsl---  ↑


// ************************************************************
// Exponential Shadow Maps Pass1
// ************************************************************

// 定数バッファ
cbuffer CBuffer : register( b0 )
{
   column_major float4x4 g_matCameraWorldViewProj   : packoffset( c0 );   // カメラビューの射影行列
   column_major float4x4 g_matLightWorldViewProj   : packoffset( c4 );   // ライトビューの正射影行列
   float4 g_vecLightPos              : packoffset( c8 );   // ローカル座標系での平行光源の位置ベクトル
   float4 g_DepthMapSize             : packoffset( c9 );   // xy成分:ブラー深度マップのサイズ, z成分:極限値
};

// 頂点シェーダーの入力パラメータ
struct VS_IN
{
   float3 pos    : POSITION;    // 頂点座標
   float3 normal : NORMAL;      // 法線ベクトル
   float2 texel  : TEXCOORD;    // テクセル
};

// テクスチャー
Texture2D g_DecalMap : register( t0 );

// ブラーを適用した深度マップ
Texture2D g_BlurDepthMap : register( t1 );

// サンプラーステート
SamplerState  g_Sampler : register( s0 );

// 頂点シェーダーの出力パラメータ
struct VS_OUT_PS_IN
{
   float4 pos       : SV_POSITION;
   float3 normal    : NORMAL;
   float2 texel     : TEXCOORD0;
   float4 posLWVP   : TEXCOORD1;
};

// 頂点シェーダー
VS_OUT_PS_IN ExponentialShadowMaps_Pass1_VS_Main( VS_IN In )
{
   VS_OUT_PS_IN Out;

   Out.pos = mul( float4( In.pos, 1.0f ), g_matCameraWorldViewProj );
   Out.posLWVP = mul( float4( In.pos, 1.0f ), g_matLightWorldViewProj );
   Out.normal = In.normal;
   Out.texel = In.texel;

   return Out;
}

// ピクセルシェーダ
float4 ExponentialShadowMaps_Pass1_PS_Main( VS_OUT_PS_IN In ) : SV_TARGET
{
   float shadowColor;
   
   // テクセルを計算
   float2 texel = float2( In.posLWVP.x / In.posLWVP.w * 0.5f + 0.5f, In.posLWVP.y / In.posLWVP.w * -0.5f + 0.5f );
   
   // 深度マップの範囲外はとりあえず影なしにする
   if( texel.x < 0 || texel.x > 1 || texel.y < 0 || texel.y > 1 )
      shadowColor = 1.0f;
 
   else
   {
      // ブラー深度マップから深度値を取得
      float blursm = g_BlurDepthMap.Load( float3( texel * g_DepthMapSize.xy, 0 ) ).r;

      // z
      float z = In.posLWVP.z / In.posLWVP.w;

      // 現在の深度値とブラー深度マップ上の深度値を比較
      if( blursm < z )
      {
         // g_DepthMapSize.zは無限大への極限値となる定数値
         float Infinity = g_DepthMapSize.z;
         
         shadowColor = max( exp( Infinity * ( z - blursm ) ), 0.3f );
      }
      else
         shadowColor = 1.0f;
   }
   
   // ハーフランバート
   float lambert = dot( g_vecLightPos.xyz, In.normal );
   lambert = lambert * 0.5f + 0.5f;

   // デカールマップ
   float4 decalmap = g_DecalMap.Sample( g_Sampler, In.texel );

   return ( decalmap * min( lambert, shadowColor ) ).bgra;
}

Infinityは負の数を設定します。つまり指数関数exp()は[ 限りなく0に近い値 〜 1 ]の範囲内をなだらかな曲線を描いで遷移することになります。

---ExponentialShadowMaps.h---  ↑


#ifndef EXPONENTIAL_SHADOW_MAPS_H
#define EXPONENTIAL_SHADOW_MAPS_H

#include "../Common/UCommon.h"
#include "../Common/UException.h"
#include "../Common/UGraphicsPipeline.h"
#include "../Common/UDirect3D11.h"
#include "GaussianFilter.h"

// XNAMath
#include "../Common/XNAMath/xnamath.h"

class ExponentialShadowMaps
{
private:
   // Direct3D用定数バッファ設定用構造体
   typedef struct _CBUFFER_PASS0
   {
      XMMATRIX matLightWorldViewProj;
   }CBUFFER_PASS0;

   typedef struct _CBUFFER_PASS1
   {
      XMMATRIX matCameraWorldViewProj;
      XMMATRIX matLightWorldViewProj;
      XMFLOAT4 vecLightDir;
      XMFLOAT4 vecShadowMapSize;
   }CBUFFER_PASS1;

   ID3D11DepthStencilView* m_pDSView;
   ID3D11ShaderResourceView* m_pSRView;

   ID3D11RenderTargetView* m_pOldRTView;
   ID3D11DepthStencilView* m_pOldDSView;
   D3D11_VIEWPORT m_pOldViewport[D3D11_VIEWPORT_AND_SCISSORRECT_OBJECT_COUNT_PER_PIPELINE];
   UINT m_ViewportCount;

   // シェーダー用定数バッファ
   ID3D11Buffer* m_pConstantBuffers[2];

   UGraphicsPipeline* m_pGraphicsPipeline[2];

   GaussianFilter* m_pGaussianFilter;

   DWORD m_Width, m_Height;

   int m_Pass;

   XMMATRIX m_MatLightViewProj;
   XMMATRIX m_MatCameraViewProj;
   XMFLOAT4 m_VecLightPos;

   float m_Infinity;

public:
   ExponentialShadowMaps();
   virtual ~ExponentialShadowMaps();
   void Invalidate();
   void Create( ID3D11Device* pD3DDevice, DWORD Width, DWORD Height, float Dispersion, float Infinity );
   void BeginPass( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext, UINT Pass,
                   XMFLOAT4* pVecLightPos, XMMATRIX* pMatLightProj, XMMATRIX* pMatCameraView, XMMATRIX* pMatCameraProj );
   void SetConstantBuffers( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext, XMMATRIX* pMatWorld );
   void EndPass( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext );
   inline UINT GetMaxPass(){ return 2; };
   inline const ID3D11ShaderResourceView* GetDepthMap(){ return m_pSRView; };
   inline const ID3D11ShaderResourceView* GetBlurDepthMap(){ return m_pGaussianFilter->GetBlurMap(); };
};

#endif

---ExponentialShadowMaps.cpp---  ↑


#include "../../Header/Shader/ExponentialShadowMaps.h"
#include "../../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass0_VS_Main.h"
#include "../../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass1_VS_Main.h"
#include "../../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass1_PS_Main.h"

ExponentialShadowMaps::ExponentialShadowMaps()
{
   m_pDSView = nullptr;
   m_pSRView = nullptr;
   for( int i=0; i<_countof( m_pGraphicsPipeline ); i++ )
   {
      m_pGraphicsPipeline[i] = nullptr;
      m_pConstantBuffers[i] = nullptr;
   }
   m_pGaussianFilter = nullptr;

   m_Pass = -1;
}

ExponentialShadowMaps::~ExponentialShadowMaps()
{
   SAFE_DELETE( m_pGaussianFilter );
   for( int i=0; i<_countof( m_pGraphicsPipeline ); i++ )
   {
      SAFE_DELETE( m_pGraphicsPipeline[i] );
      SAFE_RELEASE( m_pConstantBuffers[i] );
   }
   SAFE_RELEASE( m_pSRView );
   SAFE_RELEASE( m_pDSView );
}

void ExponentialShadowMaps::Create( ID3D11Device* pD3DDevice, DWORD Width, DWORD Height, float Dispersion, float Infinity )
{
   m_Width = Width;
   m_Height = Height;

   m_Pass = -1;

   m_Infinity = Infinity;

   // *******************************************************************************************************
   // パス0用のUGraphicsPipelineの作成
   // *******************************************************************************************************

   m_pGraphicsPipeline[0] = NEW UGraphicsPipeline();

   // ラスタライザーステートを作成する
   m_pGraphicsPipeline[0]->CreateRasterizerState( pD3DDevice, D3D11_CULL_MODE::D3D11_CULL_BACK );

   // 深度ステンシルステートを作成する
   m_pGraphicsPipeline[0]->CreateDepthStencilState( pD3DDevice, TRUE, D3D11_DEPTH_WRITE_MASK::D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL );

   // ブレンドステートを作成する
   UGraphicsPipeline::UEBLEND_STATE BlendStateType[1] = { UGraphicsPipeline::UEBLEND_STATE::NONE };
   m_pGraphicsPipeline[0]->CreateBlendState( pD3DDevice, BlendStateType, 1 );

   D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC layout[] = {
         { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0,  0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
         { "NORMAL",   0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
         { "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT,    0, 24, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
   };

   // シェーダーを作成する
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
   m_pGraphicsPipeline[0]->CreateVertexShaderFromFile( pD3DDevice, _T("../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass0.hlsl"), "ExponentialShadowMaps_Pass0_VS_Main", layout, _countof( layout ) );
#else
   m_pGraphicsPipeline[0]->CreateVertexShaderFromMemory( pD3DDevice, (LPBYTE)g_ExponentialShadowMaps_Pass0_VS_Main, sizeof( g_ExponentialShadowMaps_Pass0_VS_Main ), layout, _countof( layout ) );
#endif
   
   // 深度ステンシルバッファを作成する
   UMaps::CreateDepthStencilView( pD3DDevice, m_Width, m_Height, &m_pDSView, &m_pSRView );
 
   // 定数バッファを作成する
   m_pConstantBuffers[0] = m_pGraphicsPipeline[0]->CreateConstantBuffer( pD3DDevice, nullptr, sizeof( ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS0 ), D3D11_CPU_ACCESS_WRITE );

   // *******************************************************************************************************
   // パス1用のUGraphicsPipelineの作成
   // シェーダーと定数バッファ以外はパス0の使いまわし
   // *******************************************************************************************************

   m_pGraphicsPipeline[1] = NEW UGraphicsPipeline();

   // シェーダーを作成する
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
   m_pGraphicsPipeline[1]->CreateVertexShaderFromFile( pD3DDevice, _T("../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass1.hlsl"), "ExponentialShadowMaps_Pass1_VS_Main", layout, _countof( layout ) );
   m_pGraphicsPipeline[1]->CreatePixelShaderFromFile(  pD3DDevice, _T("../HLSL/ExponentialShadowMaps_Pass1.hlsl"), "ExponentialShadowMaps_Pass1_PS_Main" );
#else
   m_pGraphicsPipeline[1]->CreateVertexShaderFromMemory( pD3DDevice, (LPBYTE)g_ExponentialShadowMaps_Pass1_VS_Main, sizeof( g_ExponentialShadowMaps_Pass1_VS_Main ), layout, _countof( layout ) );
   m_pGraphicsPipeline[1]->CreatePixelShaderFromMemory(  pD3DDevice, (LPBYTE)g_ExponentialShadowMaps_Pass1_PS_Main, sizeof( g_ExponentialShadowMaps_Pass1_PS_Main ) );
#endif

   // 定数バッファを作成する
   m_pConstantBuffers[1] = m_pGraphicsPipeline[1]->CreateConstantBuffer( pD3DDevice, nullptr, sizeof( ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS1 ), D3D11_CPU_ACCESS_WRITE );

   // ガウスフィルタークラスの初期化処理
   m_pGaussianFilter = NEW GaussianFilter();
   m_pGaussianFilter->Create( pD3DDevice, m_Width / 2, m_Height / 2, DXGI_FORMAT_R16_FLOAT, Dispersion );
}

void ExponentialShadowMaps::BeginPass( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext, UINT Pass,
                                       XMFLOAT4* pVecLightPos, XMMATRIX* pMatLightProj, XMMATRIX* pMatCameraView, XMMATRIX* pMatCameraProj )
{
   if (m_Pass != -1)
   {
      throw(UException(-1, _T("ExponentialShadowMaps::BeginPass()はCreate()またはEndPass()実行後に使用してください")));
   }

   m_Pass = (int)Pass;

   switch( m_Pass )
   {
   case 0:
      {
         // 深度ステンシルビューを切り替える。レンダーターゲットビューは使用しない。

         pD3DDeviceContext->OMGetRenderTargets( 1, &m_pOldRTView, &m_pOldDSView );
         pD3DDeviceContext->OMSetRenderTargets( 0, nullptr, m_pDSView );

         pD3DDeviceContext->RSGetViewports( &m_ViewportCount, nullptr );
         pD3DDeviceContext->RSGetViewports( &m_ViewportCount, &m_pOldViewport[0] );

         // ビューポートを切り替える。
         D3D11_VIEWPORT Viewport[1];
         Viewport[0].TopLeftX = 0;
         Viewport[0].TopLeftY = 0;
         Viewport[0].Width    = (FLOAT)m_Width;
         Viewport[0].Height   = (FLOAT)m_Height;
         Viewport[0].MinDepth = 0.0f;
         Viewport[0].MaxDepth = 1.0f;
         pD3DDeviceContext->RSSetViewports( 1, Viewport );

         // 深度バッファをクリアする。
         pD3DDeviceContext->ClearDepthStencilView( m_pDSView, D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0  );

         m_VecLightPos = *pVecLightPos;

         // ライトビュー × 射影行列を作成
         XMMATRIX matLightView = XMMatrixLookAtLH(XMLoadFloat3((XMFLOAT3*)&m_VecLightPos), XMLoadFloat3(&XMFLOAT3(0, 0, 0)), XMLoadFloat3(&XMFLOAT3(0, 1, 0)));
         m_MatLightViewProj = matLightView * (*pMatLightProj);

         m_MatCameraViewProj = XMMatrixIdentity();
      }
      break;

   case 1:
      {
         ID3D11ShaderResourceView* pSRView = const_cast<ID3D11ShaderResourceView*>( m_pGaussianFilter->GetBlurMap() );

         // ブラー処理を行った深度マップをシェーダーに設定
         pD3DDeviceContext->PSSetShaderResources( 1, 1, &pSRView );

         // ライトビューはPass0と同じにするためここでは設定しない

         // カメラビュー × 射影行列を作成
         m_MatCameraViewProj = (*pMatCameraView) * (*pMatCameraProj);
      }
      break;

   default:
      throw(UException(-1, _T("ExponentialShadowMaps::BeginPass()で無効なPassが指定されました")));
   }

   // 各種ステートを設定する
   m_pGraphicsPipeline[0]->SetRasterizerState( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[0]->SetDepthStencilState( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[0]->SetBlendState( pD3DDeviceContext );

   // 各種グラフィックパイプラインを設定
   m_pGraphicsPipeline[m_Pass]->SetVertexShader( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[m_Pass]->SetHullShader( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[m_Pass]->SetDomainShader( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[m_Pass]->SetGeometryShader( pD3DDeviceContext );
   m_pGraphicsPipeline[m_Pass]->SetPixelShader( pD3DDeviceContext );
}

void ExponentialShadowMaps::SetConstantBuffers( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext, XMMATRIX* pMatWorld )
{
   HRESULT hr = E_FAIL;

   if (m_Pass == -1)
   {
      throw(UException(-1, _T("ExponentialShadowMaps::SetConstantBuffers()はBeginPass()実行後に使用してください")));
   }

   switch( m_Pass )
   {
   case 0:
      {
         XMMATRIX matLightWorldViewProj;
         matLightWorldViewProj = (*pMatWorld) * m_MatLightViewProj;
         matLightWorldViewProj = XMMatrixTranspose( matLightWorldViewProj );

         // 定数バッファを作成する
         D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedResource;
         if( FAILED( hr = pD3DDeviceContext->Map( m_pConstantBuffers[m_Pass], 0, D3D11_MAP_WRITE_DISCARD, 0, &mappedResource ) ) )
            throw( UException( -1, _T("ExponentialShadowMaps::SetConstantBuffers()でエラーが発生しました。Map()が失敗しました。") ) );

         ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS0* cbuffer = (ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS0*)mappedResource.pData;

         ::CopyMemory( &cbuffer->matLightWorldViewProj, &matLightWorldViewProj, sizeof( XMMATRIX ));

         pD3DDeviceContext->Unmap( m_pConstantBuffers[m_Pass], 0 );

         // 定数バッファを設定
         pD3DDeviceContext->VSSetConstantBuffers( 0, 1, &m_pConstantBuffers[m_Pass] );
         pD3DDeviceContext->PSSetConstantBuffers( 0, 1, &m_pConstantBuffers[m_Pass] );
      }
      break;

   case 1:
      {
         XMMATRIX matCameraWorldViewProj, matLightWorldViewProj;

         matCameraWorldViewProj = (*pMatWorld) * m_MatCameraViewProj;
         matCameraWorldViewProj = XMMatrixTranspose( matCameraWorldViewProj );

         matLightWorldViewProj = (*pMatWorld) * m_MatLightViewProj;
         matLightWorldViewProj = XMMatrixTranspose( matLightWorldViewProj );

         // メッシュ基準のローカル座標系上での平行光源の方向ベクトルを計算する
         XMMATRIX matInv = XMMatrixInverse( nullptr, *pMatWorld );
         XMVECTOR v = XMVector4Transform( XMLoadFloat4( &m_VecLightPos ), matInv );
         XMVECTOR nv = XMVector3Normalize( v );
         XMFLOAT4 localLightPos;
         XMStoreFloat4( &localLightPos, nv );
         
         XMFLOAT4 shadowMapSize = XMFLOAT4( (float)( m_Width / 2 ), (float)( m_Height / 2 ), m_Infinity, 0 );

         // 定数バッファを作成する
         D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedResource;
         if( FAILED( hr = pD3DDeviceContext->Map( m_pConstantBuffers[m_Pass], 0, D3D11_MAP_WRITE_DISCARD, 0, &mappedResource ) ) )
            throw( UException( -1, _T("ExponentialShadowMaps::SetConstantBuffers()でエラーが発生しました。Map()が失敗しました。") ) );

         ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS1* cbuffer = (ExponentialShadowMaps::CBUFFER_PASS1*)mappedResource.pData;

         ::CopyMemory( &cbuffer->matCameraWorldViewProj, &matCameraWorldViewProj, sizeof( XMMATRIX ));
         ::CopyMemory( &cbuffer->matLightWorldViewProj, &matLightWorldViewProj, sizeof( XMMATRIX ));
         ::CopyMemory( &cbuffer->vecLightDir, &localLightPos, sizeof( XMFLOAT4 ));
         ::CopyMemory( &cbuffer->vecShadowMapSize, &shadowMapSize, sizeof( XMFLOAT4 ));

         pD3DDeviceContext->Unmap( m_pConstantBuffers[m_Pass], 0 );

         // 定数バッファを設定
         pD3DDeviceContext->VSSetConstantBuffers( 0, 1, &m_pConstantBuffers[m_Pass] );
         pD3DDeviceContext->PSSetConstantBuffers( 0, 1, &m_pConstantBuffers[m_Pass] );
      }
      break;
   }
}

void ExponentialShadowMaps::EndPass( ID3D11DeviceContext* pD3DDeviceContext )
{
   switch( m_Pass )
   {
   case 0:
      // レンダーターゲットビューと深度ステンシルビューとビューポートを戻す

      pD3DDeviceContext->OMSetRenderTargets( 1, &m_pOldRTView, m_pOldDSView );
      SAFE_RELEASE( m_pOldRTView );
      SAFE_RELEASE( m_pOldDSView );

      pD3DDeviceContext->RSSetViewports( m_ViewportCount, m_pOldViewport );

      // 作成した深度マップにブラーフィルターを適用する
      m_pGaussianFilter->BeginPass( pD3DDeviceContext, m_pSRView );
      m_pGaussianFilter->Render( pD3DDeviceContext );
      m_pGaussianFilter->EndPass( pD3DDeviceContext );
      break;

   case 1:
      ID3D11ShaderResourceView* pNull = nullptr;
      pD3DDeviceContext->PSSetShaderResources( 1, 1, &pNull );
      break;
   }

   m_Pass = -1;
}

深度ステンシルバッファーをブラー処理します。ブラー処理したシェーダーリソースビューを使用してシャドーを適用します。

---main.cpp---  ↑


#include "../Header/Common/UCommon.h"
#include "../Header/Common/UException.h"
#include "../Header/Common/UDirect3D11.h"
#include "../Header/Common/UDebugFont.h"
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
#include "../Header/Common/USRViewRenderer.h"
#endif
#include "../Header/Shader/ExponentialShadowMaps.h"
#include "../Header/Mesh/F14Mesh.h"
#include "../Header/Mesh/PlaneMesh.h"

// アプリケーション名
TCHAR* AppName = _T("Direct3D11 Exponential Shadow Maps");

// Direct3D関連の自作クラス
UDirect3D11* g_pDirect3D11 = nullptr;

ExponentialShadowMaps* g_pExponentialShadowMaps = nullptr;

F14Mesh* g_pF14Mesh = nullptr;
PlaneMesh* g_pPlaneMesh = nullptr;

UFPS* g_pFPS = nullptr;

#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
USRViewRenderer* g_pSRViewRenderer = nullptr;
#endif

DWORD g_Width = 640, g_Height = 480;

// カメラビュー行列
XMMATRIX g_MatCameraView = XMMatrixIdentity();

// 射影行列
XMMATRIX g_MatCameraProj = XMMatrixPerspectiveFovLH( XM_PI / 5.0f, (float)g_Width / (float)g_Height, 0.01f, 500.0f );

// 正行列
XMMATRIX g_MatLightOrtho = XMMatrixOrthographicLH( (float)300, (float)300, 1.0f, 800.0f );

// 平行光源の位置ベクトル
XMFLOAT4 g_VecLightPos = XMFLOAT4( 300.0f, 200.0f, 300.0f, 0 );

// メモリ解放
void Invalidate()
{
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
   SAFE_DELETE( g_pSRViewRenderer );
#endif
   SAFE_DELETE( g_pFPS );
   SAFE_DELETE( g_pExponentialShadowMaps );
   SAFE_DELETE( g_pPlaneMesh );
   SAFE_DELETE( g_pF14Mesh );
   SAFE_DELETE( g_pDirect3D11 );
}

// ウィンドウプロシージャ
LRESULT CALLBACK WndProc( HWND hWnd, UINT msg, UINT wParam, LONG lParam )
{
   switch( msg )
   {
   case WM_KEYUP:
      // アプリ終了
      if( wParam == VK_ESCAPE )
         ::DestroyWindow( hWnd );
      break;

   case WM_DESTROY:
      ::PostQuitMessage(0);
      break;

   default:
      return ::DefWindowProc( hWnd, msg, wParam, lParam );
   }

   return 0L;
}

// Direct3Dの作成
void CreateDirect3D( HINSTANCE hInstance )
{
   DXGI_MODE_DESC* pModeDescArray = nullptr;

   __try
   {
      DXGI_MODE_DESC  ModeDesc;
      UINT num;

      // ディスプレイモード一覧の数を取得する
      g_pDirect3D11->GetDisplayMode( nullptr, &num );

      pModeDescArray = NEW DXGI_MODE_DESC[num];
      // ディスプレイモード一覧を取得する
      g_pDirect3D11->GetDisplayMode( pModeDescArray, &num );

      bool find = false;
      for( UINT i=0; i<num; i++ )
      {
         // 適切な解像度のディスプレイモードを検索する
         if( pModeDescArray[i].Width == g_Width && pModeDescArray[i].Height == g_Height )
         {
            find = true;
            ::CopyMemory( &ModeDesc, &pModeDescArray[i], sizeof( DXGI_MODE_DESC ) );
            break;
         }
      }

      if( find == false )
         throw( UException( -1, _T("InitDirect3D()でエラーが発生しました。適切なディスプレイモードの解像度を取得できません。") ) );

      // ウィンドウの作成およびDirect3D の作成
      g_pDirect3D11->CreateDirect3D11( AppName, hInstance, WndProc, &ModeDesc, TRUE, TRUE );

      // FPS描画クラス
      g_pFPS->CreateMesh( g_pDirect3D11->m_pD3DDevice );

#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
      g_pSRViewRenderer->Create( g_pDirect3D11->m_pD3DDevice, 1.0f - 400.0f / (float)g_Width, 1.0f, 1.0f, 1.0f - 400.0f / (float)g_Height );
#endif
   }
   __finally
   {
      SAFE_DELETE_ARRAY( pModeDescArray );
   }
}

void CreateGraphicePipeline()
{
   DWORD Width = 1024, Height = 1024;

   g_pExponentialShadowMaps->Create( g_pDirect3D11->m_pD3DDevice, Width, Height, 0.3f, -40.0f );
}

// メッシュを作成する
void CreateMesh()
{
   g_pF14Mesh = NEW F14Mesh();
   g_pF14Mesh->CreateMesh( g_pDirect3D11->m_pD3DDevice );

   g_pPlaneMesh = NEW PlaneMesh();
   g_pPlaneMesh->CreateMesh( g_pDirect3D11->m_pD3DDevice );
}

void CreateResource( HINSTANCE hInstance )
{
   // Direct3D 関連自作クラスのインスタンスを作成
   // CreateDirect3D()関数内でインスタンスの作成を行うと、C2712 エラーが発生するのでここで行う。
   g_pDirect3D11 = NEW UDirect3D11();

   g_pExponentialShadowMaps = NEW ExponentialShadowMaps();

   g_pFPS = NEW UFPS();

#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
   g_pSRViewRenderer = NEW USRViewRenderer();
#endif

   // Direct3Dの作成
   CreateDirect3D( hInstance );

   // グラフィックパイプラインリソースの作成
   CreateGraphicePipeline();

   // リソースの作成
   CreateMesh();
}

void NextFrame()
{
   // ビュー行列
   if( GetKeyState( VK_UP ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixTranslation( 0, 0, -0.1f );
   if( GetKeyState( VK_DOWN ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixTranslation( 0, 0, 0.1f );
   if( GetKeyState( VK_RIGHT ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixRotationY( -0.002f );
   if( GetKeyState( VK_LEFT ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixRotationY( 0.002f );
   if( GetKeyState( 'Q' ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixRotationX( 0.002f );
   if( GetKeyState( 'A' ) & 0x8000 )
      g_MatCameraView *= XMMatrixRotationX( -0.002f );

   g_pFPS->NextFrame();

   g_pF14Mesh->NextFrame();
   g_pPlaneMesh->NextFrame();
}

// 描画処理
HRESULT Render()
{
   HRESULT hr = E_FAIL;
   
   static float ClearColor[4] = { 0.3f, 0.3f, 1.0f, 1.0f };

    // バックバッファをクリアする。
   g_pDirect3D11->ClearBackBuffer( ClearColor ); 

   // 深度バッファをクリアする。
   g_pDirect3D11->ClearDepthStencilView( D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0 );

   for( UINT i=0; i<g_pExponentialShadowMaps->GetMaxPass(); i++ )
   {
      g_pExponentialShadowMaps->BeginPass( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext, i, &g_VecLightPos, &g_MatLightOrtho, &g_MatCameraView, &g_MatCameraProj );

      for( UINT j=0; j<g_pF14Mesh->GetMaxCount(); j++ )
      {
         // 定数バッファを設定
         g_pExponentialShadowMaps->SetConstantBuffers( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext, g_pF14Mesh->GetMatWorld(j) );
         // レンダリング
         g_pF14Mesh->Render( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext );
      }

      // 定数バッファを設定
      g_pExponentialShadowMaps->SetConstantBuffers( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext, g_pPlaneMesh->GetMatWorld() );
      // レンダリング
      g_pPlaneMesh->Render( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext );

      g_pExponentialShadowMaps->EndPass( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext );
   }

#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)
   int SrvRGB[] = { 0, 1, 2, 3 };
   g_pSRViewRenderer->SetSRView( g_pExponentialShadowMaps->GetDepthMap(), SrvRGB );
   g_pSRViewRenderer->Render( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext );
#endif

   g_pFPS->Render( g_pDirect3D11->m_pD3DDeviceContext );

   // レンダリングされたイメージをユーザーに表示。
   if( FAILED( hr = g_pDirect3D11->Present( 0, 0 ) ) )
      throw( UException( hr, _T("IDXGISwapChain::Present()が失敗しました") ) );

   return hr;
}
 
// メイン関数
int APIENTRY _tWinMain( HINSTANCE hInstance,
                        HINSTANCE,
                        LPTSTR,
                        INT )
{
   // メモリリーク検出
//   _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF | CRTDBG_CHECK_ALWAYS_DF );
   _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF | _CRTDBG_CHECK_EVERY_1024_DF );

   MSG msg = {0};

   try
   {
      CreateResource( hInstance );

      ::ShowWindow( g_pDirect3D11->m_hWnd, SW_SHOW );
      ::UpdateWindow( g_pDirect3D11->m_hWnd );

      // メッセージループ
      do
      { 
         if( ::PeekMessage( &msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE ) )
         {
            ::TranslateMessage(&msg); 
            ::DispatchMessage(&msg); 
         }
         else
         {
            NextFrame();
            Render();
         }
      }while( msg.message != WM_QUIT );
   }
   catch( UException ex )
   {
      ::MessageBox( nullptr, ex.m_pErrorStr, _T("エラー"), MB_OK );
   }

   Invalidate();

   ::UnregisterClass( AppName, hInstance );

   return msg.wParam;
}

Variance Shadow Mapsより簡単なアルゴリズムでソフトシャドーが実装できます。


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