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、薄膜ライティングというものをやります。まあゼリー状の質感だと思ってください。実は自作のゲーム「GrowWing」でもやってたりしますが、 あまり効果的には使用されませんでした。というよりオブジェクトが小さすぎてよくわからなかったです。
アニメーションすると色の変化が結構面白かったりします。質感がゼリーに見えるかどうかはちょっとびみょーかもしれませんけどね。
処理方法は、ベースはトゥーンシェーダーと同じです。ただしトゥーンシェーダーでは法線ベクトルと照明ベクトルとの内積からトゥーンマップで 参照するテクセル位置を取得していたのに対し、薄膜ライティングでは法線ベクトルと視線ベクトルとの内積から薄膜マップで 参照するテクセル位置を取得します。で薄膜マップは次のようなイメージファイルです。
RGB成分
アルファチャンネル
このイメージファイルは ビットマップファイルではなくアルファチャンネルつきDDSファイルです。
DDSファイルはひとつのファイルですが、RGB成分とアルファチャンネルでわけて表示してます。
薄膜マップのRGB成分はオブジェクトのカラー情報を格納し、アルファチャンネルはオブジェクトの透明度を格納します。
透明度を細かく調整できるようにテクスチャーに情報を格納しました。
なおDDSファイルの作成方法などについてはアルファチャンネルつきDDSファイル作成を参照してください。
つぎに処理の概要です
薄膜ライティングの概念は次のようになります。
１．ライティングによりオブジェクトの拡散反射率を計算します。今回はハーフランバートにより計算します。
２．１の計算結果を薄膜マップのテクセルのU成分とし、薄膜マップのRGB成分とアルファチャンネルの色情報を取得します。
３．２で取得したアルファチャンネルをもとにバックバッファの色情報と２で取得したRGB成分を線形合成します。
以上です。
ではソースを見ていきます。
---MembraneLighting.fx---
float4x4 m_WVP; //ワールド × ビュー × 遠近射影
float4 m_LightDir; //平行光源の方向ベクトル
float4 m_EyePos; //視点ベクトル
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_Alpha; //透明度
sampler tex0 : register(s0); //薄膜テクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
float3 Normal : TEXCOORD1;
float3 Eye : TEXCOORD2;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVP );
Out.Tex = Tex;
//オブジェクトの法線ベクトルを正規化する
Out.Normal = Normal.xyz;
//頂点 -> 視点 へのベクトルを計算
Out.Eye = m_EyePos.xyz - Pos.xyz;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Out;
float3 N = normalize( In.Normal );
float3 E = normalize( In.Eye );
//ハーフランバートライティングで計算する
float d = dot( N, E );
float p = d * 0.5f + 0.5;
p = p * p;
//色情報をテクセルのＵ成分とし、薄膜テクスチャーから光の反射率を取得する
Out = tex2D( tex0, float2( p, In.Tex.y ) );
//ハイライトの計算
float3 H = normalize( -m_LightDir + E );
float S = pow( max( 0.0f, dot( N, H ) ), m_Specular ) * m_SpecularPower;
Out.rgb = Out.rgb + S;
//透明度は法線ベクトルと視線ベクトルとの内積が小さいほど高くなるようにする
d = d * m_Alpha;
Out.a = 1.0f - d + S;
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
今回新たにやることはないので詳細は省略します。
---MembraneLighting.h---
class MEMBRANE_LIGHTING
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pEyePos, m_pSpecular, m_pSpecularPower, m_pAlpha;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
MEMBRANE_LIGHTING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~MEMBRANE_LIGHTING();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass();
void SetAmbient( float Ambient );
void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void SetSpecular( float Specular );
void SetSpecularPower( float SpecularPower );
void SetAlpha( float Alpha );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---MembraneLighting.cpp---
MEMBRANE_LIGHTING::MEMBRANE_LIGHTING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
MEMBRANE_LIGHTING::~MEMBRANE_LIGHTING()
{
//SafeReleaseは関数ではなくマクロ
//#define SafeRelease(x) { if(x) { (x)->Release(); (x)=NULL; } }
SafeRelease( m_pEffect );
}
void MEMBRANE_LIGHTING::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void MEMBRANE_LIGHTING::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT MEMBRANE_LIGHTING::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("MembraneLighting.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_pSpecularPower = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_SpecularPower" );
m_pSpecular = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Specular" );
m_pAlpha = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Alpha" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void MEMBRANE_LIGHTING::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void MEMBRANE_LIGHTING::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->BeginPass( 0 );
}
void MEMBRANE_LIGHTING::SetAmbient( float Ambient )
{
if( m_pEffect == NULL )
{
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 MEMBRANE_LIGHTING::SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient )
{
if( m_pEffect == NULL )
{
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 MEMBRANE_LIGHTING::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 MEMBRANE_LIGHTING::SetSpecular( float Specular )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecular, Specular );
}
void MEMBRANE_LIGHTING::SetSpecularPower( float SpecularPower )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecularPower, SpecularPower );
}
void MEMBRANE_LIGHTING::SetAlpha( float Alpha )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pAlpha, Alpha );
}
void MEMBRANE_LIGHTING::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void MEMBRANE_LIGHTING::EndPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->EndPass();
}
void MEMBRANE_LIGHTING::End()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->End();
}
BOOL MEMBRANE_LIGHTING::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
薄膜ライティングの制御クラスです。
---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_pMeshBack1 = NULL;
CDXUTMesh* m_pMeshTiger = NULL;
//ランバート拡散照明クラスの宣言
LAMBERT1* m_pLambert1 = NULL;
//薄膜ライティングクラスの宣言
MEMBRANE_LIGHTING* m_pMembraneLighting = NULL;
//薄膜マップ
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pMembraneTexture = NULL;
UINT nWidth = 1024;
UINT nHeight = 768;
//太陽の位置ベクトル
D3DXVECTOR4 LightPos = D3DXVECTOR4( 72.0f, 100.0f, 620.0f, 0.0f );
//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_pMeshBack1 = new CDXUTMesh();
m_pMeshBack1->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\01.x") );
m_pMeshBack1->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
m_pMeshTiger = new CDXUTMesh();
m_pMeshTiger->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\tiger.x") );
m_pMeshTiger->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
_T("res\\Membrane.dds"), //ファイル名
D3DX_DEFAULT, //幅
D3DX_DEFAULT, //高さ
1, //ミップマップレベル
0,
D3DFMT_UNKNOWN,
D3DPOOL_MANAGED,
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
0x0,
NULL,
NULL,
&m_pMembraneTexture );
//ランバート拡散照明の初期化
m_pLambert1 = new LAMBERT1( m_pd3dDevice );
m_pLambert1->Load();
//薄膜ライティングの初期化
m_pMembraneLighting = new MEMBRANE_LIGHTING( m_pd3dDevice );
m_pMembraneLighting->Load();
//平行光源の光の方向ベクトルを計算
LightDir = D3DXVECTOR4( -LightPos.x, -LightPos.y, -LightPos.z, 0.0f );
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&LightDir, (D3DXVECTOR3*)&LightDir );
RenderOK = true;
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_pMembraneLighting->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_pMembraneLighting->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
{
D3DXMATRIX matProj, matView, matWorld;
m_pd3dDevice->Clear( 0L, NULL,
D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
0x0,
1.0f,
0L );
m_pd3dDevice->BeginScene();
//パースつき射影座標変換
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj,
D3DX_PI/4.0f,
4.0f / 3.0f,
5.0f,
1000.0f );
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->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
//背景のレンダリング
m_pLambert1->Begin();
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pLambert1->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pLambert1->SetAmbient( 0.0f );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack1->m_pTextures[0] );
m_pLambert1->BeginPass();
m_pMeshBack1->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pLambert1->EndPass();
m_pLambert1->End();
m_pLambert1->Begin();
m_pLambert1->SetAmbient( 1.0f );
m_pLambert1->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack1->m_pTextures[1] );
m_pLambert1->BeginPass();
m_pMeshBack1->m_pLocalMesh->DrawSubset( 1 );
m_pLambert1->EndPass();
m_pLambert1->End();
//トラのレンダリング
D3DXMATRIX matScaling, matTranslation;
D3DXMatrixScaling( &matScaling, 6.0f, 6.0f, 6.0f );
D3DXMatrixTranslation( &matTranslation, 0.0f, -1.0f, 80.0 );
matWorld = matScaling * matTranslation;
//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->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE );
m_pMembraneLighting->Begin();
m_pMembraneLighting->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pMembraneLighting->SetAmbient( 0.0f );
m_pMembraneLighting->SetSpecular( 60.0f );
m_pMembraneLighting->SetSpecularPower( 5.0f );
//薄膜の透明度を設定
m_pMembraneLighting->SetAlpha( 0.4f );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMembraneTexture );
m_pMembraneLighting->BeginPass();
m_pMeshTiger->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pMembraneLighting->EndPass();
m_pMembraneLighting->End();
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;
}
以上です。
ゼリーの質感ですが、次の５点があげられると思います。
１．透明度は結構低い。
２．ハイライトがある。
３．色がついてる。
４．うつりこみしない。
５．つるつるしてる。
これらは一応クリアしてるのでゼリーに見えるはずですが、どうもいまいちなんだよな。
ちなみにボリュームライトでオブジェクトの厚み情報を取得する方法を使用してオブジェクトの厚みが薄くなるほど透明度が増すようにすることも 考えましたが、やめました。ゼリーって結構透明度が低いのでやっても意味がないような気がしたので。