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 |
| ■被写界深度 |
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今回は、被写界深度です。被写界深度は写真技術において、ピントが合っている(くっきり見える)領域のことをいいます。 CGの世界では、被写界深度は発生しないので、自分で実装する必要があります。被写界深度は遠くの画像をぼかすことにより距離感を強調する意味合いもあります。
これが被写界深度です。手前にあるピンがくっきりとなり、奥にいくほどボケ具合が強調されているのが確認できると思います。
処理フローは次のようになります。
STEP1：ランバート拡散照明によりシーンのカラー情報とZ値情報をそれぞれ取得する。
STEP2：STEP1で取得したカラー情報をブラーフィルターによりぼかす。
STEP3：STEP2でぼかしたカラー情報をさらにぼかす。
STEP4：STEP1で取得したZ値を参照し、ボケなし・ボケあり・さらにボケあり それぞれのサーフェイスを線形合成して奥に行くほどぼけた画像になるようなカラー情報を取得する。
こんな感じになります。なんとなくわかっていただけたでしょうか。
ではソースです。今回は、Z値を取得するためにランバート拡散照明、ブラーフィルター、被写界深度の計３つのシェーダーを使用します。 ランバート拡散照明はボリュームライトで使用するLambert10.fxを使用します。 ブラーフィルターはブラーフィルターその２で使用したBlurFilter2.fxを使用します。 上記２つは既出なので解説を省略します。
---DepthOfField.fx---
float m_Near; //ブラーが開始される近距離。この距離より手前にあるオブジェクトにはブラーが適応されない。
float m_Far; //最も強くブラーがかかる遠距離。この距離より奥にあるオブジェクトは強いブラーが適応される。
float m_Len; //m_Far - m_Near
sampler tex0 : register(s0); //バックバッファのそのままのテクスチャー
sampler tex1 : register(s1); //バックバッファのZ値
sampler tex2 : register(s2); //バックバッファをぼかしたテクスチャ
sampler tex3 : register(s3); //さらにぼかしたテクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = Pos;
Out.Tex = Tex;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR
{
//バックバッファのZ値情報
float z = tex2D( tex1, In.Tex ).r;
float4 Out;
//遠距離
if( m_Far <= z )
Out = tex2D( tex3, In.Tex );
//近距離
else if( m_Near >= z )
Out = tex2D( tex0, In.Tex );
//中間
else
{
//z値 が0.0f 〜 1.0f の範囲内での値に変換する。
float ConvZ = ( z - m_Near ) / m_Len;
if( ConvZ < 0.5f )
{
ConvZ*=2.0f;
Out = tex2D( tex0, In.Tex ) * ( 1.0f - ConvZ ) + tex2D( tex2, In.Tex ) * ConvZ;
}
else
{
ConvZ-=0.5f;
ConvZ*=2.0f;
Out = tex2D( tex2, In.Tex ) * ( 1.0f - ConvZ ) + tex2D( tex3, In.Tex ) * ConvZ;
}
}
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
シーンのZ値を参照し、ボケ具合を調整します。処理自体は単純ですな。
---DepthOfField.h---
//D3D2DSQUAREは2Dオブジェクト。詳細は表面化散乱(Subsurface Scattering) を参照
class DEPTH_OF_FIELD : public D3D2DSQUARE
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pNear, m_pFar, m_pLen;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
D3DPRESENT_PARAMETERS* m_pd3dParameters;
public:
DEPTH_OF_FIELD( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pd3dParameters );
~DEPTH_OF_FIELD();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void SetParameters( float pNear, float pFar );
void Render();
BOOL IsOK();
};
---DepthOfField.cpp---
DEPTH_OF_FIELD::DEPTH_OF_FIELD( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pd3dParameters ) : D3D2DSQUARE( pd3dDevice, pd3dParameters )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pd3dParameters = pd3dParameters;
m_pEffect = NULL;
}
DEPTH_OF_FIELD::~DEPTH_OF_FIELD()
{
SafeRelease( m_pEffect );
}
void DEPTH_OF_FIELD::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void DEPTH_OF_FIELD::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT DEPTH_OF_FIELD::Load()
{
D3DCAPS9 caps;
HRESULT hr;
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps( &caps );
if( caps.VertexShaderVersion >= D3DVS_VERSION( 1, 1 ) && caps.PixelShaderVersion >= D3DPS_VERSION( 2, 0 ) )
{
hr = D3D2DSQUARE::Load();
if( FAILED( hr ) )
return -1;
//シェーダーの初期化
LPD3DXBUFFER pErr = NULL;
hr = D3DXCreateEffectFromFile( m_pd3dDevice, _T("DepthOfField.fx"), NULL, NULL, 0, NULL, &m_pEffect, &pErr );
if( FAILED( hr ) )
return -2;
m_pTechnique = m_pEffect->GetTechniqueByName( "TShader" );
m_pNear = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Near" );
m_pFar = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Far" );
m_pLen = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Len" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -3;
}
return S_OK;
}
void DEPTH_OF_FIELD::SetParameters( float Near, float Far )
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->SetFloat( m_pNear, Near );
m_pEffect->SetFloat( m_pFar, Far );
m_pEffect->SetFloat( m_pLen, Far - Near );
}
}
void DEPTH_OF_FIELD::Render()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
m_pEffect->BeginPass( 0 );
D3D2DSQUARE::Render();
m_pEffect->EndPass();
m_pEffect->End();
}
}
BOOL DEPTH_OF_FIELD::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
被写界深度を制御するクラスです。---Main.cpp---
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice = NULL;
D3DPRESENT_PARAMETERS m_d3dParameters;
//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;
//2Dオブジェクト(表面化散乱(Subsurface Scattering) ページ参照)
D3D2DSQUARE* m_pSquObj = NULL;
//ランバート拡散照明の宣言
LAMBERT10* m_pLambert = NULL;
//ブラーフィルターの宣言
BLURFILTER2* m_pBlurFilter2 = NULL;
//被写界深度の宣言
DEPTH_OF_FIELD* m_pDepthOfField = NULL;
//シーンのレンダリング結果を格納するサーフェイス
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pColorTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pColorSurface = NULL;
//シーンのZ値を格納するサーフェイス
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pZMapTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pZMapSurface = NULL;
//シーンのレンダリング結果をぼかした結果を格納するサーフェイス
//0：X 方向にぼかしたサーフェイス
//1：X Y にぼかしたサーフェイス
//2：1のサーフェイスをさらにぼかしたサーフェイス
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pBlurTexture[3];
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pBlurSurface[3];
//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( 10.0f, 10.0f, -20.0f, 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);
//メッシュのロード
m_pMeshBack = new CDXUTMesh();
m_pMeshBack->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\01.x") );
m_pMeshBack->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();
//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();
//ブラーフィルタークラスの初期化
m_pBlurFilter2 = new BLURFILTER2( m_pd3dDevice, &m_d3dParameters );
m_pBlurFilter2->Load();
//被写界深度クラスの初期化
m_pDepthOfField = new DEPTH_OF_FIELD( m_pd3dDevice );
m_pDepthOfField->Load( nWidth, nHeight );
m_pDepthOfField->SetParameters( 0.2f, 1.0f );
//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_pBlurFilter2->Invalidate();
m_pDepthOfField->Invalidate();
for( int i=0; i<3; i++ )
{
SafeRelease( m_pBlurSurface[i] );
SafeRelease( m_pBlurTexture[i] );
}
SafeRelease( m_pZMapSurface );
SafeRelease( m_pZMapTexture );
SafeRelease( m_pColorSurface );
SafeRelease( m_pColorTexture );
}
//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_pBlurFilter2->Restore();
m_pDepthOfField->Restore();
//シーンのレンダリング結果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 );
//シーンのZ値を格納するサーフェイス
m_pd3dDevice->CreateTexture( nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_R32F,
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pZMapTexture,
NULL );
m_pZMapTexture->GetSurfaceLevel( 0, &m_pZMapSurface );
//ぼかすためのサーフェイス
for( int i=0; i<3; i++ )
{
m_pd3dDevice->CreateTexture( nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_A8R8G8B8,
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pBlurTexture[i],
NULL );
m_pBlurTexture[i]->GetSurfaceLevel( 0, &m_pBlurSurface[i] );
}
//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);
//****************************************************************
// STEP1:シーンをレンダリングし、カラー情報とZ値情報を取得する
//****************************************************************
D3DXMATRIX matPProj, matView, matWorld;
//遠近射影行列
float zf = 180.0f;
//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,
0.1f, zf );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matPProj );
//ビュー座標変換
D3DXMatrixIdentity( &matView );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView );
//ワールド座標変換
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld );
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->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pLambert->Begin();
m_pLambert->SetMatrix( &matWorld, &LightDir, zf );
m_pLambert->SetAmbient( 0.1f );
m_pLambert->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 1 );
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pLambert->EndPass();
m_pLambert->End();
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 1, NULL );
//****************************************************************
// STEP2:シーンのカラー情報にブラーを適応する
//****************************************************************
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSU, D3DTADDRESS_CLAMP );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSV, D3DTADDRESS_CLAMP );
//Zバッファへの書き込みを有効にしたままのとき、このあとレンダリングするオブジェクトがレンダリングされなくなる。
//多分２ＤオブジェクトをD3DFVF_XYZRHWでレンダリングするためZバッファに 0.0f で上書きされるのが原因だと思うのでZバッファへ書き込みしないようにする
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZENABLE, D3DZB_FALSE );
//レンダーターゲットをセットする
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pBlurSurface[0] );
//バックバッファをテクスチャーステージ０にセットする
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pColorTexture );
//X方向にブラーフィルターを適応する
m_pBlurFilter2->Render( 0 );
//レンダーターゲットをセットする
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pBlurSurface[1] );
//バックバッファをテクスチャーステージ０にセットする
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pBlurTexture[0] );
//Y方向にブラーフィルターを適応する
m_pBlurFilter2->Render( 1 );
//****************************************************************
// STEP3:さらにぼかす
//****************************************************************
//さらにブラーを適応する
//レンダーターゲットをセットする
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pBlurSurface[0] );
//バックバッファをテクスチャーステージ０にセットする
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pBlurTexture[1] );
//X方向にブラーフィルターを適応する
m_pBlurFilter2->Render( 0 );
//レンダーターゲットをセットする
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pBlurSurface[2] );
//バックバッファをテクスチャーステージ０にセットする
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pBlurTexture[0] );
//Y方向にブラーフィルターを適応する
m_pBlurFilter2->Render( 1 );
//レンダーターゲットをバックバッファに戻す
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, OldSurface );
SafeRelease( OldSurface );
//****************************************************************
// STEP4:被写界深度を適応する
//****************************************************************
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSU, D3DTADDRESS_WRAP );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_ADDRESSV, D3DTADDRESS_WRAP );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pColorTexture );
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pZMapTexture );
m_pd3dDevice->SetTexture( 2, m_pBlurTexture[1] );
m_pd3dDevice->SetTexture( 3, m_pBlurTexture[2] );
m_pDepthOfField->Render(0);
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, NULL );
m_pd3dDevice->SetTexture( 2, NULL );
m_pd3dDevice->SetTexture( 3, NULL );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, TRUE );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE );
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。やることは結構ありますが、やってる内容は単純です。
さて、最初にかきましたが、被写界深度はピントの範囲外の画像をぼかします。したがって、ピントが合ってる位置より 手前の位置もぼけるのが本当は正しいです。しかし、距離感を考えると手前部分がぼけるのは好きでないのでやりませんでした。 まあ好みの問題ですが。