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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| 関連ページ：視差マッピング アルファチャンネルつきDDSファイル作成 |
色つきガラスっぽい感じ
今回はマルチレイヤーレンダリングです。元ネタは例によってATIのサンプルです。 Rendering Gooey Materials with Multiple Layersです。PDFファイルなので開くときは注意してください。 まあこのページにのってる内容は無視して作成した感じですけどね(笑)。
さて上の画像ですが、静止画ではあまり面白くないですな。でもトラを回転させてみたりすると表面の模様がいい感じに動いて面白いです。
さて何をやってるのかを簡単に説明すると２枚のテクスチャーを線形合成します。 単純に合成するだけならわざわざ２枚のテクスチャーを用意するまでもないのですが、 ここでは３Ｄモデルの内部が透けて見えることを考えます。
図１
こんな感じのことをやってます。四角はテクセルです。上が３Ｄモデルの表面部分のテクセルです。下が３Ｄモデルの内部のテクセルとなります。
視線方向に見えるテクセル位置の色を線形合成します。なので赤と青のテクセルを合成することになります。
したがって視線によって合成する位置がずれることになります。
で使用する２枚のテクスチャーはこんな感じです。
Layer1
Layer1Alpha
Layer2
Layer1とLayer1AlphaはアルファチャンネルつきのDDSファイルにします。Layer2はアルファチャンネルなしです。 Layer1とLayer2の合成値にはLayer1Alphaを使用することになります。
ではソースです。
---MultipleLayersRendering.fx---
float4x4 m_WVP; //ワールド × ビュー × 射影
float4 m_LightDir; //平行光源の方向ベクトル
float4 m_EyePos; //視点位置ベクトル
float4 m_Ambient; //環境光
float m_Specular = 0.0f; //スペキュラーの範囲
float m_SpecularPower = 0.0f; //スペキュラーの強度
float m_Coefficient; //高さの最大値。大きくするほど高くなる。
sampler tex0 : register(s0); //表面のテクスチャー
sampler tex1 : register(s1); //内部のテクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION; //頂点座標
float2 Tex : TEXCOORD0; //テクセル座標
float3 Eye : TEXCOORD2; //頂点座標系での視線方向ベクトル
float3 Light : TEXCOORD3; //頂点座標系での頂点 → ライト位置ベクトル
};
VS_OUTPUT VS( float3 Pos : POSITION, //頂点座標
float3 Tangent : TANGENT0, //接線ベクトル
float3 Binormal : BINORMAL0, //従法線ベクトル
float3 Normal : NORMAL, //法線ベクトル
float2 Tex : TEXCOORD0 //テクセル
)
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( float4( Pos, 1.0f ), m_WVP );
Out.Tex = Tex;
//視線ベクトルを計算
float3 Eye = normalize( m_EyePos.xyz - Pos.xyz );
//視線ベクトルを頂点座標系に変換する
Out.Eye.x = dot( Eye, Tangent );
Out.Eye.y = dot( Eye, Binormal );
Out.Eye.z = dot( Eye, Normal );
Out.Eye = normalize( Out.Eye );
//頂点座標 -> ライトの位置ベクトル
float3 Light = -m_LightDir.xyz;
//ライトベクトルを頂点座標系に変換する
Out.Light.x = dot( Light, Tangent );
Out.Light.y = dot( Light, Binormal );
Out.Light.z = dot( Light, Normal );
Out.Light = normalize( Out.Light );
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float3 E = normalize( In.Eye );
float3 L = normalize( In.Light );
//テクセルのサンプリング位置を頂点座標系で視線ベクトル方向にずらす。
float2 TexOffset = -m_Coefficient * E.xy;
//表面のテクスチャー
float4 Col1 = tex2D( tex0, float2( In.Tex ) );
//内部のテクスチャー
float4 Col2 = tex2D( tex1, float2( In.Tex + TexOffset ) );
//２枚のテクスチャーを線形合成する
float4 Out = lerp( Col2, Col1, Col1.a );
//頂点 -> ライト位置ベクトル + 頂点 -> 視点ベクトル
float3 H = normalize( L + E );
//スペキュラーカラーを計算する
float S = pow( max( 0.0f, dot( float3( 0.0f, 0.0f, 1.0f ), H ) ), m_Specular ) * m_SpecularPower;
//ランバート拡散照明の結果 + ハイライト
Out *= max( m_Ambient, dot( float3( 0.0f, 0.0f, 1.0f ), L ) ) + S;
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
やってることは視差マッピングとほとんど同じです。
---MultipleLayersRendering.h---
class MULTIPLE_LAYERS_RENDERING
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pEyePos, m_pAmbient, m_pSpecular, m_pSpecularPower, m_pCoefficient;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
MULTIPLE_LAYERS_RENDERING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~MULTIPLE_LAYERS_RENDERING();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass();
void SetAmbient( float Ambient );
void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
void SetSpecular( float Specular );
void SetSpecularPower( float SpecularPower );
//高さに対する係数
void SetCoefficient( float Coefficient );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---MultipleLayersRendering.cpp---
MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::MULTIPLE_LAYERS_RENDERING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::~MULTIPLE_LAYERS_RENDERING()
{
SafeRelease( m_pEffect );
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::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("MultipleLayersRendering.fx"), NULL, NULL, 0, NULL, &m_pEffect, &pErr );
if( SUCCEEDED( hr ) )
{
m_pTechnique = m_pEffect->GetTechniqueByName( "TShader" );
m_pWVP = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_WVP" );
m_pLightDir = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_LightDir" );
m_pEyePos = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_EyePos" );
m_pAmbient = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Ambient" );
m_pSpecularPower = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_SpecularPower" );
m_pSpecular = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Specular" );
m_pCoefficient = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Coefficient" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->BeginPass( 0 );
}
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetAmbient( float Ambient )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXVECTOR4 A;
A = D3DXVECTOR4( Ambient, Ambient, Ambient, 1.0f );
m_pEffect->SetVector( m_pAmbient, &A );
}
else
{
D3DMATERIAL9 old_material;
m_pd3dDevice->GetMaterial( &old_material );
old_material.Ambient.r = Ambient;
old_material.Ambient.g = Ambient;
old_material.Ambient.b = Ambient;
old_material.Ambient.a = 1.0f;
m_pd3dDevice->SetMaterial( &old_material );
}
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetVector( m_pAmbient, pAmbient );
else
{
D3DMATERIAL9 old_material;
m_pd3dDevice->GetMaterial( &old_material );
old_material.Ambient.r = pAmbient->x;
old_material.Ambient.g = pAmbient->y;
old_material.Ambient.b = pAmbient->z;
old_material.Ambient.a = pAmbient->w;
m_pd3dDevice->SetMaterial( &old_material );
}
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetSpecular( float Specular )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecular, Specular );
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetSpecularPower( float SpecularPower )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecularPower, SpecularPower );
}
//高さに対する係数
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetCoefficient( float Coefficient )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pCoefficient, Coefficient );
}
//ローカル座標系
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXMATRIX m;
D3DXVECTOR4 v;
m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVP, &m );
//カメラ位置
m = (*pMatWorld) * m_matView;
D3DXMatrixInverse( &m, NULL, &m );
D3DXVec4Transform( &v, pCameraPos, &m );
m_pEffect->SetVector( m_pEyePos, &v );
//Light
D3DXMatrixInverse( &m, NULL, pMatWorld );
D3DXVec4Transform( &v, pLightDir, &m );
//XYZ成分について正規化する
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&v, (D3DXVECTOR3*)&v );
m_pEffect->SetVector( m_pLightDir, &v );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::EndPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->EndPass();
}
}
void MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::End()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->End();
}
}
BOOL MULTIPLE_LAYERS_RENDERING::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
---Main.cpp---
LPDIRECT3D9 m_pdirect3d9 = NULL;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice = NULL;
D3DPRESENT_PARAMETERS m_d3dParameters;
D3DCAPS9 Caps;
//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_pMeshTiger = NULL;
//マルチレイヤーレンダリングクラスの宣言
MULTIPLE_LAYERS_RENDERING* m_pMultipleLayersRendering = NULL;
//マルチレイヤーテクスチャー
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pLayerTexture[2] = { NULL, NULL };
//スクリーンの解像度
UINT nWidth = 1024;
UINT nHeight = 768;
D3DXVECTOR4 LightPos = D3DXVECTOR4( 50.0f, 100.0f, 750.0f, 1.0f );
D3DXVECTOR4 LightDir;
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);
//マルチレイヤーレンダリングクラスの初期化
m_pMultipleLayersRendering = new MULTIPLE_LAYERS_RENDERING( m_pd3dDevice );
m_pMultipleLayersRendering->Load();
//トラ
m_pMeshTiger = new CDXUTMesh();
m_pMeshTiger->Create( m_pd3dDevice, _T("tiger.x") );
//頂点データを定義する(詳細はオンラインマニュアルを参照)
D3DVERTEXELEMENT9 decl[] =
{
{0, 0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0},
{0, 12, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_TANGENT, 0},
{0, 24, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_BINORMAL, 0},
{0, 36, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 0},
{0, 48, D3DDECLTYPE_FLOAT2, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, 0},
D3DDECL_END()
};
//新しい頂点情報に基づき頂点データを再生成する
m_pMeshTiger->SetVertexDecl( m_pd3dDevice, decl );
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
_T("Layer1.dds"),
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
1,
0,
D3DFMT_UNKNOWN,
D3DPOOL_MANAGED,
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
0x0,
NULL,
NULL,
&m_pLayerTexture[0] );
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
_T("Layer2.bmp"),
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
1,
0,
D3DFMT_UNKNOWN,
D3DPOOL_MANAGED,
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
0x0,
NULL,
NULL,
&m_pLayerTexture[1] );
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_pMultipleLayersRendering->Invalidate();
}
//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_pMultipleLayersRendering->Restore();
//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 );
}
//メッセージループからコールされる関数
BOOL MainLoop( HWND HWnd )
{
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
{
D3DXMATRIX matPProj, matView, matWorld;
//遠近射影座標変換
//クリップ面はアプリケーションごとに調整すること
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matPProj,
D3DX_PI/4.0f,
4.0f / 3.0f,
30.0f,
700.0f );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matPProj );
//ビュー座標変換
D3DXMatrixIdentity( &matView );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView );
m_pd3dDevice->BeginScene();
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
//トラ
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pMultipleLayersRendering->Begin();
m_pMultipleLayersRendering->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pLayerTexture[0] );
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pLayerTexture[1] );
m_pMultipleLayersRendering->SetAmbient( 0.6f );
m_pMultipleLayersRendering->SetSpecular( 80.0f );
m_pMultipleLayersRendering->SetSpecularPower( 0.5f );
//高さに対する係数
m_pMultipleLayersRendering->SetCoefficient( 0.1f );
m_pMultipleLayersRendering->BeginPass();
m_pMeshTiger->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pMultipleLayersRendering->EndPass();
m_pMultipleLayersRendering->End();
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;
}
以上です。
どうでもいいけどATIサイトのサンプルでは心臓をモデルに使用していますが、効果がはっきりわかるほど深いところまで透けて見えるものなのだろうか？