Microsoft Visual Studio .NET 2003
 Microsoft DirectX 9.0 SDK (December 2004)
 シェーダーモデル 2.0

■後光シェーダー Prev  Top  Next
関連ページ:ランバート拡散照明

2009/01/01: デバイスロスト対応

ドメイン

今回は、GameWatchの「ワンダと巨像」で 紹介されていたフェアリーシェーダーをやってみます。 ただこの名称は開発チームが独自につけたもので正式名称ではないらしいです。だからというわけでもないですが、こちらでも自分で「後光シェーダー」と命名しました(笑)。

PS.あとでわかったんですが、正式にはリムライティングと呼ぶらしいです。面倒なので修正しませんが、リムライティングと呼んでください(笑)。

さてこの後光シェーダーを適応すると、オブジェクトが逆行をうけているときオブジェクトの輪郭付近といった厚みが薄い部分(光が透過するであろう部分) を明るくなり、擬似的な光の透過処理を行います。物理学的に正しくはないのでしょうが、面白い効果が得られると思います。

  
左が後光シェーダーOFFでランバート拡散照明のみのシェーディング結果で、右が後光シェーダーONにしてます。光源はカメラの視線方向にあります。 右のほうが輪郭付近が白く光っているのがわかると思います。


そして光源が背後にあるときはこのようになります。輪郭付近が光らないようになりました。

次に処理の概要です。といってもたいしたことはなくて、ライトがカメラの正面近くにあるほど強度が強くなるようなパラメータと オブジェクトの輪郭付近の強度が強くなるようなパラメータを積算し、得られた結果をオブジェクトのライティング結果のカラー情報に 加算することにより後光を表現します。これだけです。

ではソースを見ていきます。

---AureoleShader.fx---


float4x4 m_WVP;
float4 m_LightDir;
float4 m_EyePos;
float4 m_Ambient  = 1.0f;
float  m_Power    = 0.5f;         //後光を適応する範囲および強度を調整するパラメータ

sampler tex0 : register(s0);

struct VS_OUTPUT
{
   float4 Pos    : POSITION;
   float4 Col    : COLOR0;   
   float2 Tex    : TEXCOORD0;
   float3 Normal : TEXCOORD1;
   float3 Eye    : TEXCOORD2;
   float  Power  : TEXCOORD3;   //後光の強度
};

VS_OUTPUT VS( float4 Pos    : POSITION,
              float4 Normal : NORMAL,
              float2 Tex    : TEXCOORD0 )
{
   VS_OUTPUT Out;
   
   Out.Pos    = mul( Pos, m_WVP );
   Out.Tex    = Tex;
   
   float3 L   = -m_LightDir.xyz;   
   Out.Normal = normalize( Normal.xyz );
   Out.Col    = max( m_Ambient, dot(Out.Normal, L) );
   
   Out.Eye = normalize( m_EyePos - Pos );
   
   //ライトがカメラの正面近くにあるほど強度が強くなるようにする
   Out.Power = max( 0.0f, dot( Out.Eye, m_LightDir.xyz ) );
   
   return Out;
}

float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{ 
   float4 Out;
   
   //オブジェクトの輪郭付近の強度が強くなるようにする
   float P = 1.0f - max( 0.0f, dot( In.Normal, In.Eye ) );
   
   //後光を適応する範囲および強度を調整する
   //このあたりの計算はオブジェクトのマテリアルにより任意に変更すること
   P = P * m_Power;
   P = P * P;
   
   Out = In.Col * tex2D( tex0, In.Tex ) + In.Power * P;
      
   return Out;
}

technique TShader
{
   pass P0
   {
      VertexShader = compile vs_1_1 VS();
      PixelShader  = compile ps_2_0 PS();
   }
}

後光シェーダー処理を行います。

---Lambert.h---


class AUREOLE_SHADER
{
private:
   LPD3DXEFFECT m_pEffect;
   D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pEyePos, m_pAmbient, m_pPower;
   D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
   LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;

public:
   AUREOLE_SHADER( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
   ~AUREOLE_SHADER();
   HRESULT Load();
   void Invalidate();
   void Restore();
   void Begin();
   void BeginPass();
   void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir );
   void SetAmbient( float Ambient );
   void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
   
   //後光の強度を設定
   void SetPower( float Power );
   void CommitChanges();
   void EndPass();
   void End();
   BOOL IsOK();
   LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};

---Lambert.cpp---


AUREOLE_SHADER::AUREOLE_SHADER( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
   m_pd3dDevice = pd3dDevice;
   m_pEffect = NULL;
}

AUREOLE_SHADER::~AUREOLE_SHADER()
{
   SafeRelease( m_pEffect );
}

void AUREOLE_SHADER::Invalidate()
{
   if( m_pEffect )
      m_pEffect->OnLostDevice();
}

void AUREOLE_SHADER::Restore()
{
   if( m_pEffect )
      m_pEffect->OnResetDevice();
}

HRESULT AUREOLE_SHADER::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("AureoleShader.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_pPower = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Power" );
         m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );   
      }

      else
      {
         return -1;
      }
   }

   else
   {
      return -2;
   }

   return S_OK;
}

void AUREOLE_SHADER::Begin()
{
   if(  m_pEffect )
   {
      m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
      m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
      m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
   }
}

void AUREOLE_SHADER::BeginPass()
{
   if( m_pEffect )
   {
      m_pEffect->BeginPass(0);      
   }
}

void AUREOLE_SHADER::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 AUREOLE_SHADER::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 );
   }
}

//ローカル座標系
void AUREOLE_SHADER::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir )
{
   if( m_pEffect )
   {
      D3DXMATRIX m, m1;
      D3DXVECTOR4 LightDir;
      D3DXVECTOR4 v;

      m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
      m_pEffect->SetMatrix( m_pWVP, &m );

      //カメラ位置
      m1 = (*pMatWorld) * m_matView;
      D3DXMatrixInverse( &m1, NULL, &m1 );
      D3DXVec4Transform( &v, pCameraPos, &m1 );
      m_pEffect->SetVector( m_pEyePos, &v );

      //Light
      LightDir = *pLightDir;
      D3DXMatrixInverse( &m1, NULL, pMatWorld );
      D3DXVec4Transform( &v, &LightDir, &m1 );
      D3DXVec4Normalize( &v, &v );
      m_pEffect->SetVector( m_pLightDir, &v );
   }

   else
      m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}

void AUREOLE_SHADER::SetPower( float Power )
{
   if( m_pEffect )
      m_pEffect->SetFloat( m_pPower, Power );
}

void AUREOLE_SHADER::CommitChanges()
{
   if( m_pEffect )
      m_pEffect->CommitChanges();
}

void AUREOLE_SHADER::EndPass()
{
   if( m_pEffect )
   {
      m_pEffect->EndPass();
   }
}

void AUREOLE_SHADER::End()
{
   if( m_pEffect )
   {
      m_pEffect->End();
   }
}

BOOL AUREOLE_SHADER::IsOK()
{
   if( m_pEffect )
      return TRUE;

   return FALSE;
}

後光シェーダーを制御するクラスです。ベースはランバート拡散照明です。

---Main.cpp---


LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice              = NULL;
D3DPRESENT_PARAMETERS m_d3dParameters;

D3DCAPS9 Caps;

//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;

//後光シェーダーの宣言
AUREOLE_SHADER* m_pAureoleShader = NULL;

D3DXVECTOR4 LightPos = D3DXVECTOR4( 0.0f, 40.0f, -70.0f, 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);

   //後光シェーダークラスの初期化
   m_pAureoleShader = new AUREOLE_SHADER( m_pd3dDevice );
   m_pAureoleShader->Load();

   //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 );

   //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_pAureoleShader->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_pAureoleShader->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 );
}

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->Clear( 0L, NULL,
                           D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
                           0x0, 
                           1.0f,
                           0L );
   
      m_pd3dDevice->BeginScene();
   
      D3DXMATRIX matProj, matView, matWorld;
   
      //射影座標変換
      D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj,
                                  D3DX_PI/4.0f,
                                  4.0f / 3.0f,
                                  11.0f,
                                  180.0f );
      m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matProj );
   
      //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_pAureoleShader->Begin();
      m_pAureoleShader->SetAmbient( 0.0f );
      m_pAureoleShader->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
      m_pAureoleShader->SetPower( 0.9f );
      m_pAureoleShader->BeginPass();
      m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset(0);
      m_pAureoleShader->EndPass();
      m_pAureoleShader->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。

解説するようなこともないのでこれにて終了。

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