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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今回は、モアレシェーダーです。モアレとは、規則正しい繰り返し模様を複数重ね合わせた時に、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことです。 まあ「Wikipedia」に記載されている内容をそのまま書いただけですが(笑)。詳しく知りたい方はそちらを参照してください。 今回やることは、要するに横方向に縞模様を発生させることです。
これです。右側がモアレあり画像です。縞模様が発生しているのが確認できると思います。
ここで注意してほしいのはディスプレイの中心位置にある白いところに縞模様が発生していないことです。
このような縞模様が発生している画面自体は見たことがあるので発生することは間違いないのですが、正直、物理学的な発生メカニズムがわかりません。
とりあえず明度が高いところは縞模様により暗くなるところに光があふれ出すため暗くなりにくいのではと勝手に解釈してますが、本当のところはどうなんでしょう？
今回のシェーダーも単純です。テクスチャーの明度を計算し、明度が暗くなるほど縞模様テクスチャーの影響を受けて、明るくなるほど縞模様テクスチャーの影響を受けないように処理するだけです。
縞模様テクスチャーです。単に横線入れただけです。縞模様テクスチャーのサイズは使用目的にあわせて適時調整してください。
ではソースを見ていきます。まずモアレシェーダー本体です。
---Moire1.fx---
float4x4 m_WVP; //ワールド × ビュー × 遠近射影
float m_Power = 0.0f; //モアレの強度。0.0fのときモアレが発生しない
sampler tex0 : register(s0); //オブジェクトのテクスチャー
sampler tex1 : register(s1); //縞テクスチャー
//****************************************************************
//バーテックスシェーダー
//****************************************************************
//バーテックスシェーダーからピクセルシェーダーへ渡すための構造体
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVP );
Out.Tex = Tex;
return Out;
}
//****************************************************************
//ピクセルシェーダー
//****************************************************************
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
//テクスチャーのカラー情報
float4 Col1 = tex2D( tex0, In.Tex );
//テクスチャーの明度を計算。
//m_Powerが0.0fのときモアレの影響を受けないようにする都合上、明度の情報を逆転する。
float Luminosity = 1.0f - ( Col1.r + Col1.g + Col1.b ) * 0.3333f;
//m_Powerによりモアレの強度を調整する
float Moire = m_Power * Luminosity;
//縞テクスチャーの色情報を取得
float4 LineCol = tex2D( tex1, In.Tex );
//Moireが0.0fのとき縞模様の影響を受けないでテクスチャーの色情報を計算する。
//Moireが1.0fのとき縞模様の影響を受けてテクスチャーの色情報を計算する。
return ( Moire * LineCol + ( 1.0f - Moire ) ) * Col1;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
外部からモアレの発生量を調整できるようにしているため、ちょっとわかりにくいかもしれません。
---Moire.h---
class MOIRE1
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pPower;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
MOIRE1( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~MOIRE1();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass();
void SetPower( float pPower );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---Moire.cpp---
MOIRE1::MOIRE1( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
MOIRE1::~MOIRE1()
{
//SafeReleaseは関数ではなくマクロ
//#define SafeRelease(x) { if(x) { (x)->Release(); (x)=NULL; } }
SafeRelease( m_pEffect );
}
void MOIRE1::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void MOIRE1::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT MOIRE1::Load()
{
D3DCAPS9 caps;
//ハードウェアがサポートするバーテックスシェーダーとピクセルシェーダーのバージョンをチェックする
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("Moire1.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_pPower = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Power" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void MOIRE1::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void MOIRE1::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->BeginPass(0);
}
}
//モアレの強度を調整する。0.0f 〜 1.0f の範囲内で設定する。
//0.0fのときモアレが発生しない
void MOIRE1::SetPower( float pPower )
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->SetFloat( m_pPower, pPower );
}
}
void MOIRE1::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXMATRIX m;
m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVP, &m );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void MOIRE1::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void MOIRE1::EndPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->EndPass();
}
}
void MOIRE1::End()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->End();
}
}
BOOL MOIRE1::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
モアレシェーダーの制御クラスです。今回は照明関連の処理を行いません。
というのはモアレが発生するのはディスプレイの画面上だけの問題だからです。
でディスプレイの画面の場合自己発生光源なので照明の計算は必要ないというわけです。
---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;
//ランバート拡散照明クラスの宣言
LAMBERT1* m_pLambert1 = NULL;
//モアレシェーダークラスの宣言
MOIRE1* m_pMoire1 = NULL;
//縞テクスチャー
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pLineTexture = NULL;
//スクリーンの解像度
UINT nWidth = 1024;
UINT nHeight = 768;
//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, -700.0f, 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。
//****************************************************************
//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 );
//ランバート拡散照明クラスの初期化
m_pLambert1 = new LAMBERT1( m_pd3dDevice );
m_pLambert1->Load();
//モアレシェーダークラスの初期化
m_pMoire1 = new MOIRE1( m_pd3dDevice );
m_pMoire1->Load();
//縞テクスチャー
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
_T("res\\07.bmp"), //ファイル名
D3DX_DEFAULT, //幅
D3DX_DEFAULT, //高さ
1, //ミップマップレベル
0, //テクスチャーの使用目的
D3DFMT_UNKNOWN, //フォーマット
D3DPOOL_MANAGED, //メモリ管理方法
D3DX_DEFAULT, //フィルタリング方法
D3DX_DEFAULT, //フィルタリング方法
0x0, //カラーキー
NULL, //ファイルの情報を格納する構造体
NULL, //256色パレットを示す構造体
&m_pLineTexture ); //IDirect3DTexture9 インターフェイス
//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_pLambert1->Invalidate();
m_pMoire1->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_pLambert1->Restore();
m_pMoire1->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()
{
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,
220.0f );
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 );
//サンプラーステージ１はデフォルトでPOINTに設定されているので変更する
//ステージ１は、縞模様テクスチャーを設定する。
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
//ＣＲＴディスプレイのレンダリング
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pLambert1->Begin();
m_pLambert1->SetAmbient( 0.2f );
m_pLambert1->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pLambert1->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset(0);
m_pLambert1->EndPass();
m_pLambert1->End();
//モニター画面のレンダリング
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[1] );
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pLineTexture );
m_pMoire1->SetPower( 1.0f );
m_pMoire1->Begin();
m_pMoire1->SetMatrix( &matWorld );
m_pMoire1->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset(1);
m_pMoire1->EndPass();
m_pMoire1->End();
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, NULL );
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。
さてこのモアレシェーダーですが、実はシェーダー使用しなくてもテクスチャーで作成できます。 方法はPhotoShop CS2の場合、縞模様テクスチャーをレイヤーにして元となるテクスチャーの上に重ねて、描画モードを「オーバーレイ」にすればできるのです。 多分他のバージョンでもできるでしょう。ただしこれは静的なテクスチャーに対してのみできる方法で、スクリーン全体などの動的なテクスチャーに対して モアレを発生させる場合、シェーダーで実装する必要が生じます。まあとはいってもめったに使用しないような特殊なシェーダーには違いありませんけどね。