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：ランバート拡散照明 |
今回は、半球ライティングをやります。これはランバート拡散照明で陰となる部分を塗りつぶす環境光パラメータを 天空および地面からの照り返す光によって表現するものです。ランバート拡散照明では単一色で表現していた環境光を 半球ライティングでは２色で表現するため表現力が増すといったものです。すでにハーフランバートシェーダーを やっているので今さら感がありますが、まあいいでしょう。
左側がランバート拡散照明で、右側が半球ライティングです。
わかりづらいかもしれませんが、右側の画像を見るとトラの上側が青っぽく、トラの下側が緑っぽくなっています。
半球ライティングのイメージです。白い矢印が空を見るベクトル(0,1,0) です。ここでは上方向ベクトルとします。
上方向ベクトルとオブジェクトの法線ベクトル(点線)の間の角度θにより空の色と地面の色を線形合成し、最終的な環境光を決定します。
あとはランバート拡散照明でライティングします。
以上です。
ではソースを見ていきます。
---HemiSphereLighting.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_SkyDir; // 空の方向ベクトル
float4 m_GroundColor = { 0.1f, 0.4f, 0.0f, 1.0f }; // 地面の色
float4 m_SkyColor = { 0.5f, 0.5f, 0.9f, 1.0f }; // 空の色
sampler tex0 : register(s0); //オブジェクトのテクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
float3 Normal : TEXCOORD1;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVP );
Out.Tex = Tex;
Out.Normal = normalize( Normal.xyz );
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Out;
//空への方向ベクトル(0,1,0)と法線ベクトルの内積を計算する
float s = dot( In.Normal, m_SkyDir );
//-1.0f 〜 1.0f の範囲を 0.0f 〜 1.0f にシフト
s = ( s + 1.0f ) * 0.5f;
//空と地面の色を線形合成する
float4 C = m_SkyColor * s + m_GroundColor * ( 1.0f - s );
Out = tex2D( tex0, In.Tex ) * max( C, dot( In.Normal, -m_LightDir.xyz ) );
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
基本はランバート拡散照明です。定数を使用していた環境光を計算します。
---HemiSphereLighting.h---
class HEMISPHERE_LIGHTING
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pSkyDir, m_pGroundColor, m_pSkyColor;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
HEMISPHERE_LIGHTING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~HEMISPHERE_LIGHTING();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass();
void SetAmbient( float Ambient );
void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void SetColor( D3DXVECTOR4* pGroundColor, D3DXVECTOR4* pSkyColor );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---HemiSphereLighting.cpp---
HEMISPHERE_LIGHTING::HEMISPHERE_LIGHTING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
HEMISPHERE_LIGHTING::~HEMISPHERE_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 HEMISPHERE_LIGHTING::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void HEMISPHERE_LIGHTING::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT HEMISPHERE_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("HemiSphereLighting.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_pSkyDir = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_SkyDir" );
m_pGroundColor = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_GroundColor" );
m_pSkyColor = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_SkyColor" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void HEMISPHERE_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 HEMISPHERE_LIGHTING::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->BeginPass(0);
}
}
void HEMISPHERE_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 HEMISPHERE_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 );
}
}
//ローカル座標系
void HEMISPHERE_LIGHTING::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pLightDir )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXMATRIX m, m1;
D3DXVECTOR4 LightDir;
D3DXVECTOR4 v;
m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVP, &m );
//Light
LightDir = *pLightDir;
D3DXMatrixInverse( &m1, NULL, pMatWorld );
D3DXVec4Transform( &v, &LightDir, &m1 );
//XYZ成分について正規化する
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&v, (D3DXVECTOR3*)&v );
m_pEffect->SetVector( m_pLightDir, &v );
//空方向のベクトル
D3DXVECTOR4 SkyDir = D3DXVECTOR4( 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f );
D3DXMatrixInverse( &m1, NULL, pMatWorld );
D3DXVec4Transform( &v, &SkyDir, &m1 );
//XYZ成分について正規化する
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&v, (D3DXVECTOR3*)&v );
m_pEffect->SetVector( m_pSkyDir, &v );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void HEMISPHERE_LIGHTING::SetColor( D3DXVECTOR4* pGroundColor, D3DXVECTOR4* pSkyColor )
{
if( m_pEffect )
{
if( pGroundColor )
m_pEffect->SetVector( m_pGroundColor, pGroundColor );
if( pSkyColor )
m_pEffect->SetVector( m_pSkyColor, pSkyColor );
}
}
void HEMISPHERE_LIGHTING::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void HEMISPHERE_LIGHTING::EndPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->EndPass();
}
}
void HEMISPHERE_LIGHTING::End()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->End();
}
}
BOOL HEMISPHERE_LIGHTING::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
半球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_pMeshTiger = NULL;
//半球ライティングクラスの宣言
HEMISPHERE_LIGHTING* m_pHemiSphereLighting = 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。
//****************************************************************
//トラをロード
m_pMeshTiger = new CDXUTMesh();
m_pMeshTiger->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\tiger.x") );
m_pMeshTiger->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//半球ライティングクラスを初期化
m_pHemiSphereLighting = new HEMISPHERE_LIGHTING( m_pd3dDevice );
m_pHemiSphereLighting->Load();
//空と地面の色を設定
D3DXVECTOR4 GroundColor = D3DXVECTOR4( 0.1f, 0.4f, 0.0f, 1.0f );
D3DXVECTOR4 SkyColor = D3DXVECTOR4( 0.1f, 0.1f, 0.6f, 1.0f );
m_pHemiSphereLighting->SetColor( &GroundColor, &SkyColor );
//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;
//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_pHemiSphereLighting->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_pHemiSphereLighting->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 matProj, matView, matWorld;
//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 );
m_pd3dDevice->Clear( 0,
NULL,
D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
0x0,
1.0f,
0L );
m_pd3dDevice->BeginScene();
m_pHemiSphereLighting->Begin();
m_pHemiSphereLighting->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pHemiSphereLighting->SetAmbient( 0.0f );
m_pHemiSphereLighting->BeginPass();
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshTiger->m_pTextures[0] );
m_pMeshTiger->GetLocalMesh()->DrawSubset(0);
m_pHemiSphereLighting->EndPass();
m_pHemiSphereLighting->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。
うーん今回は微妙なネタでした。ハーフランバートのほうがいいな。 雪で陰部分が青っぽくなるような表現に使用できるかとも思いましたが、ランバート拡散照明と同じ結果になりました。 よく考えたら当たり前なんですが。ってなわけでいまいち使い道が不明な半球ライティングでした。