Microsoft DirectX 9.0 SDK (December 2004)
シェーダーモデル 2.0
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Microsoft Visual Studio .NET 2003 Microsoft DirectX 9.0 SDK (December 2004) シェーダーモデル 2.0 |
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今回もシェーダーネタです。
ソフトパーティクルは、パーティクルが切り取られた境界付近のアルファ値を小さくし、エッジを目立たなくする処理です。まあGAMEWatchで紹介されていたロストプラネットのネタのパクリですけどね。(笑)
サイトは「ロスト プラネット」グラフィックス講座です。興味のある方は参照してください。
左が固定機能パイプラインによるによる通常のパーティクルで、右がソフトパーティクルです。
ソフトパーティクルの場合パーティクルと背景との境界部分が滑らかになり、エッジが発生していないのがわかると思います。
次に処理フローを説明します。
１）背景をマルチレンダリングし、カラー情報とZ値情報を出力する。
２）１）で作成したZ値マップとパーティクルのZ値を比較して、
距離が近くなるほどアルファ値が小さくなるようにピクセルシェーダーにて出力する。
線形合成のアルファブレンディングでパーティクルは合成されるためアルファ値が小さくなるほど
透明となるので、結果的にパーティクルと背景の境界部分が滑らかになる。
だいたいこんな感じの処理になります。
ではソースをみましょう。
---SoftParticle.fx---
float4x4 m_WVPP; // ワールド座標系 × ビュー座標系 × 遠近射影座標系
float4x4 m_WVPPT; // ワールド座標系 × ビュー座標系 × 遠近射影座標系 × テクスチャー座標系
float m_Alpha; // 透明度
float m_Length; // パーティクルを透明にし始める距離
float m_ZF; // 遠近射影行列の最遠近距離
sampler tex0 : register(s0); // オブジェクトのテクスチャー
sampler tex1 : register(s1); // レンダーターゲットサーフェイスにレンダリングした内容
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
float4 UV : TEXCOORD1; // テクスチャー座標系へ変換した頂点座標
float4 PosWVP : TEXCOORD2; // 遠近射影座標系へ変換した頂点座標
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVPP );
Out.UV = mul( Pos, m_WVPPT );
Out.PosWVP = Out.Pos;
Out.Tex = Tex;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Out;
//マルチレンダーターゲットサーフェイスのZ値とパーティクルのZ値の距離を計算する。(注意１)
float d = distance( tex2Dproj( tex1, In.UV ).r, In.PosWVP.z / m_ZF );
Out = tex2D( tex0, In.Tex );
Out.a *= m_Alpha;
//パーティクルのアルファ値を計算(注意２)
if( d <= m_Length )
{
d /= m_Length;
Out.a *= d;
}
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
ソフトパーティクルのシェーダー本体です。シーンのZ値との距離が近くなるほど透明にします。
(注意１) マルチレンダーターゲットサーフェイスのフォーマットは、D3DFMT_R32Fを設定するためrgbaのr成分を取得します。 m_ZFで割り算する意味はメモ書きを参照してください。
(注意２) 計算した距離が小さくなるほどパーティクルのアルファブレンディングで使用するアルファ値が小さくなるようにします。 m_Length変数はパーティクルが透明になり始める距離です。。ここでは[ 0.02f ]とします。シーンのZ値とパーティクルのZ値の距離が[ 0.02f ]より小さい場合透明になっていきます。 この数値はアプリケーションごとにいい感じになるように調整してください。 なお、ここではパーティクルを線形合成するために、アルファ値を変更しています。加算合成するときはアルファ値ではなくRGB成分を変更するようにしてください。 パーティクル全体の透明度を変更する場合はm_Alpha変数の値を変更します。[ 0.0f ]で完全に透明になります。
---SoftParticle.h---
class SOFT_PARTICLE
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVPP, m_pWVPPT, m_pLength, m_pAlpha, m_pZF;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
SOFT_PARTICLE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~SOFT_PARTICLE();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass();
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, float pZF );
void SetLength( float Length );
void SetAlpha( float Alpha );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---SoftParticle.cpp---
SOFT_PARTICLE::SOFT_PARTICLE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
SOFT_PARTICLE::~SOFT_PARTICLE()
{
SafeRelease( m_pEffect );
}
void SOFT_PARTICLE::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void SOFT_PARTICLE::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT SOFT_PARTICLE::Load()
{
D3DCAPS9 caps;
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps( &caps );
if( caps.VertexShaderVersion >= D3DVS_VERSION( 1, 1 ) && caps.PixelShaderVersion >= D3DPS_VERSION( 2, 0 ) )
{
LPD3DXBUFFER pErr = NULL;
HRESULT hr = D3DXCreateEffectFromFile( m_pd3dDevice, _T("SoftParticle.fx"), NULL, NULL, 0, NULL, &m_pEffect, &pErr );
if( SUCCEEDED( hr ) )
{
m_pTechnique = m_pEffect->GetTechniqueByName( "TShader" );
m_pWVPP = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_WVPP" );
m_pWVPPT = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_WVPPT" );
m_pLength = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Length" );
m_pAlpha = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Alpha" );
m_pZF = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_ZF" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void SOFT_PARTICLE::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void SOFT_PARTICLE::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->BeginPass(0);
}
//ローカル座標系
void SOFT_PARTICLE::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, float pZF )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXMATRIX m, m1, m2;
//遠近射影での行列変換
m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVPP, &m );
//テクスチャー座標系へ変換
D3DXMatrixScaling( &m1, 0.5f, -0.5f, 1.0f );
D3DXMatrixTranslation( &m2, 0.5f, 0.5f, 0.0f );
m = m * m1 * m2;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVPPT, &m );
//遠近射影行列の最遠近距離
m_pEffect->SetFloat( m_pZF, pZF );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void SOFT_PARTICLE::SetLength( float Length )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pLength, Length );
}
void SOFT_PARTICLE::SetAlpha( float Alpha )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pAlpha, Alpha );
}
void SOFT_PARTICLE::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void SOFT_PARTICLE::EndPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->EndPass();
}
void SOFT_PARTICLE::End()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->End();
}
BOOL SOFT_PARTICLE::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
ソフトパーティクルクラスです。ランバート拡散照明とほとんど同じなので、説明することもないでしょう。
---Main.cpp---
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice = NULL;
D3DPRESENT_PARAMETERS m_d3dParameters;
//シーンのメッシュ
//DirectX SDK(December 2004) に添付されているDXUTMesh.cppファイルにあるヘルパークラス群
CDXUTMesh* m_pMeshBack = NULL;
CDXUTMesh* m_pMeshParticle = NULL;
//2Dオブジェクト(表面化散乱(Subsurface Scattering) ページ参照)
D3D2DSQUARE* m_pSquObj = NULL;
//Z値も取得できるランバート拡散照明クラスの宣言
//LAMBERT10はボリュームライトで使用しているのでそちらのページを参照
LAMBERT10* m_pLambert = NULL;
//ソフトパーティクルクラスの宣言
SOFT_PARTICLE* m_pSoftParticle = NULL;
//シーンのレンダリングイメージ用サーフェイス
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pColorTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pColorSurface = NULL;
//シーンのZ値マップサーフェイス
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pZMapTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pZMapSurface = NULL;
//太陽の位置ベクトル
//光源の位置はカメラの視線方向にある
D3DXVECTOR4 LightPos = D3DXVECTOR4( 100.0f, 100.0f, -200.0f, 1.0f );
//平行光源の光の方向ベクトル
D3DXVECTOR4 LightDir;
//視点の位置ベクトル
D3DXVECTOR4 EyePos = D3DXVECTOR4( 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f );
bool RenderOK = false;
int APIENTRY WinMain( HINSTANCE hInstance,
HINSTANCE /*hPrevInstance*/,
LPSTR /*lpCmpLine*/,
INT /*nCmdShow*/)
{
char* AppName = "Tutrial";
MSG msg;
ZeroMemory(&msg, sizeof(MSG));
HWND hWnd = NULL;
WNDCLASSEX wc;
wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
wc.style = CS_VREDRAW | CS_HREDRAW;
wc.lpfnWndProc = (WNDPROC)WndProc;
wc.cbClsExtra = 0;
wc.cbWndExtra = sizeof(DWORD);
wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
wc.hIcon = NULL;
wc.hIconSm = NULL;
wc.lpszMenuName = NULL;
wc.lpszClassName = AppName;
wc.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject( BLACK_BRUSH );
wc.hInstance = hInstance;
RegisterClassEx(&wc);
//****************************************************************
//ここでウィンドウの作成処理
//****************************************************************
//****************************************************************
//ここでDirect3Dの初期化を行う。
//****************************************************************
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps(&Caps);
//ランバート拡散照明クラスの初期化
m_pLambert = new LAMBERT10( m_pd3dDevice );
m_pLambert->Load();
//ソフトパーティクルクラスの初期化
m_pSoftParticle = new SOFT_PARTICLE( m_pd3dDevice );
//マルチレンダーターゲットが２枚以上使用できるかチェックする。(注意３)
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps( &caps );
if( caps.NumSimultaneousRTs >= 2 )
{
m_pSoftParticle->Load();
}
//メッシュのロード
//背景
m_pMeshBack = new CDXUTMesh();
m_pMeshBack->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\01.x") );
m_pMeshBack->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//パーティクル
m_pMeshParticle = new CDXUTMesh();
m_pMeshParticle->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\02.x") );
m_pMeshParticle->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//2Ｄオブジェクトのロード
m_pSquObj = new D3D2DSQUARE( m_pd3dDevice, &m_d3dParameters );
m_pSquObj->Load();
//平行光源の位置ベクトルから方向ベクトルを計算する
LightDir = D3DXVECTOR4( -LightPos.x, -LightPos.y, -LightPos.z, 0.0f );
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&LightDir, (D3DXVECTOR3*)&LightDir );
RenderOK = true;
//デバイス消失後にリストアする必要があるオブジェクトの初期化
Restore();
::ShowWindow(hWnd, SW_SHOW);
::UpdateWindow(hWnd);
do
{
if( ::PeekMessage( &msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE ) )
{
::TranslateMessage(&msg);
::DispatchMessage(&msg);
}
else
{
if( MainLoop(hWnd) == FALSE )
::DestroyWindow( hWnd );
}
}while( msg.message != WM_QUIT );
::UnregisterClass( AppName, hInstance );
return msg.wParam;
}
//デバイスのリセット前に開放すべきオブジェクト
void Invalidate()
{
m_pLambert->Invalidate();
m_pSoftParticle->Invalidate();
SafeRelease( m_pColorSurface );
SafeRelease( m_pColorTexture );
SafeRelease( m_pZMapSurface );
SafeRelease( m_pZMapTexture );
}
//デバイスのリセット後に初期化すべきオブジェクト
void Restore()
{
m_pLambert->Restore();
m_pSoftParticle->Restore();
//色情報を格納するサーフェイス
m_pd3dDevice->CreateTexture( nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_A8R8G8B8,
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pColorTexture,
NULL );
m_pColorTexture->GetSurfaceLevel( 0, &m_pColorSurface );
//Z値を格納するサーフェイス
m_pd3dDevice->CreateTexture( nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_R32F, //(注意４)
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pZMapTexture,
NULL );
m_pZMapTexture->GetSurfaceLevel( 0, &m_pZMapSurface );
//固定機能パイプラインライティングを設定する
D3DLIGHT9 Light;
ZeroMemory(&Light, sizeof(D3DLIGHT9));
Light.Type = D3DLIGHT_DIRECTIONAL;
Light.Direction = D3DXVECTOR3( LightDir.x, LightDir.y, LightDir.z );
Light.Ambient = D3DXCOLOR( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f );
Light.Diffuse = D3DXCOLOR( 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f );
Light.Specular = D3DXCOLOR( 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f );
m_pd3dDevice->SetLight(0, &Light);
m_pd3dDevice->LightEnable(0, TRUE);
D3DMATERIAL9 Material;
ZeroMemory( &Material, sizeof( Material ) );
Material.Diffuse.r = 1.0f;
Material.Diffuse.g = 1.0f;
Material.Diffuse.b = 1.0f;
Material.Diffuse.a = 1.0f;
m_pd3dDevice->SetMaterial( &Material );
}
BOOL MainLoop()
{
HRESULT hr;
//レンダリング不可能
if( RenderOK == false )
{
hr = m_pd3dDevice->TestCooperativeLevel();
switch( hr )
{
//デバイスは消失しているがReset可能
case D3DERR_DEVICENOTRESET:
//開放
Invalidate();
//デバイスをリセットする
hr = m_pd3dDevice->Reset( &m_d3dParameters );
switch( hr )
{
//デバイスロスト
case D3DERR_DEVICELOST:
break;
//内部ドライバーエラー
case D3DERR_DRIVERINTERNALERROR:
return FALSE;
break;
//メソッドの呼び出しが無効です
case D3DERR_INVALIDCALL:
return FALSE;
break;
case S_OK:
//初期化
Restore();
RenderOK = true;
}
break;
}
}
//レンダリング可能
else
{
m_pd3dDevice->BeginScene();
//マルチレンダーターゲットに切り替える。
//マルチレンダーターゲットサーフェイスは一部の実装ではすべてのサーフェイスが、フォーマットは異なっても、ビット深度は同じでなければならない場合がある。
//バックバッファのカラービット深度は環境によって変わるため、
//バックバッファとレンダーターゲットサーフェイスをマルチレンダーターゲットとして一緒に使用しないようにする。
LPDIRECT3DSURFACE9 OldSurface = NULL;
m_pd3dDevice->GetRenderTarget( 0, &OldSurface );
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pColorSurface );
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 1, m_pZMapSurface );
m_pd3dDevice->Clear( 0L,
NULL,
D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
0x0,
1.0f,
0L );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
//シーンのZ値マップをセットするステージ１はぼかさないようにする
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
D3DXMATRIX matPProj, matView, matWorld;
//遠近射影行列
//クリップ面はアプリケーションごとに調整すること
float zf = 50.0f;
D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&matPProj,
D3DX_PI/4.0f,
4.0f / 3.0f,
0.1f, zf );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matPProj );
//ビュー行列
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView );
//ワールド行列
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld );
//背景をレンダリングする
m_pLambert->Begin();
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pLambert->SetMatrix( &matWorld, &LightDir, zf );
m_pLambert->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pLambert->EndPass();
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[1] );
m_pLambert->SetMatrix( &matWorld, &LightDir, zf );
m_pLambert->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 1 );
m_pLambert->EndPass();
m_pLambert->End();
//レンダーターゲットサーフェイスをバックバッファに戻す
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, OldSurface );
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 1, NULL );
SafeRelease( OldSurface );
//バックバッファにシーンの色情報をレンダリングする
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZENABLE, D3DZB_FALSE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pColorTexture );
m_pSquObj->Render();
//パーティクルのレンダリング
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE );
//線形合成
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_BLENDOP, D3DBLENDOP_ADD );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshParticle->m_pTextures[0] );
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pZMapTexture );
m_pSoftParticle->Begin();
//エッジ部分を透明にする距離
m_pSoftParticle->SetLength( 0.02f );
//透明度を設定
m_pSoftParticle->SetAlpha( 1.0f );
m_pSoftParticle->SetMatrix( &matWorld, zf );
m_pSoftParticle->BeginPass();
m_pMeshParticle->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pSoftParticle->EndPass();
m_pSoftParticle->End();
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, NULL );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, TRUE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->EndScene();
hr = m_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
//デバイスロストのチェック
switch( hr )
{
//デバイスロスト
case D3DERR_DEVICELOST:
RenderOK = false;
break;
//内部ドライバーエラー
case D3DERR_DRIVERINTERNALERROR:
return FALSE;
break;
//メソッドの呼び出しが無効です
case D3DERR_INVALIDCALL:
return FALSE;
break;
}
}
return TRUE;
}
(注意３) ソフトパーティクルが使用できるかチェックを行います。マルチレンダーターゲットを使用するのでシェーダーのバージョン以外のチェックが必要になります。 他にもD3DPTEXTURECAPS_SQUAREONLYとかD3DPTEXTURECAPS_POW2とか チェック項目はありますが、必要だと判断された方は、自分で追加してください。
(注意４) Z値を格納するサーフェイスのフォーマットは精度をあげるためにD3DFMT_R32Fを選択しました。 これは、マルチレンダー ターゲットのすべてのサーフェイスについて、フォーマットは異なっても、ビット深度は同じでなければならない場合があるという理由もあります。