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：バンプマッピング 法線マップ作成 アルファチャンネルつきDDSファイル作成 |
今回は視差マッピングをやります。バンプマッピングの強力なやつです。まあ強力っていうのはちょっと大げさで、バンプマッピングよりはマシ程度のものですが。
左の画像がバンプマッピングで、右の画像が視差マッピングです。「Ｐ」の文字に注目してください。視差マッピングの方がより盛り上がっているのがわかると思います。
ですが視差マッピングの目的はそこではなく高さを考慮している点です。バンプマッピングは
法線マップを元に単純に陰影づけしているだけですが、視差マッピングでは陰影づけしつつテクセル位置をずらして高さによる視覚的なずれを再現しているところです。
簡単なイメージでみると
こういうことです。このイメージは盛り上がっている部分を斜めから見ているところです。
実装方法としては視差マッピングでは、高さ情報が必要になるため バンプマッピングでは法線マップを作成するための中間ファイルとして使用した高さマップを今回はシェーダー内でも使用します。 ただし高さマップはカラー情報は必要ないので法線マップであまっているアルファチャンネルの中に組み込みひとつにまとめます。 DDSファイルの作成方法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。 シェーダー内での処理としては、取得した高さ情報を元にテクセル位置を視線方向に移動させるだけですので コーディング自体はバンプマッピングをちょっと改良するだけですので今回は簡単です。
ではソースです。
---ParallaxMapping.fx---
float4x4 m_WVP; //ワールド × ビュー × 射影
float4 m_LightDir; //平行光源の方向ベクトル
float4 m_EyePos; //視点位置ベクトル
float4 m_Ambient = 1.0f; //環境光
float m_Specular = 0.0f; //ハイライトの範囲
float m_SpecularPower = 0.0f; //ハイライトの強度
float m_Param = 0.016f; //高さの最大値。大きくするほど高くなる。
sampler s0 : register(s0); //オブジェクトのテクスチャー
sampler s1 : register(s1); //法線マップ(アルファ成分に高さ情報を格納)
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION; //頂点座標
float2 Tex : TEXCOORD0; //テクセル座標
float3 Eye : TEXCOORD1; //頂点座標系での視線方向ベクトル
float3 Light : TEXCOORD2; //頂点座標系での頂点 → ライト位置ベクトル
};
VS_OUTPUT VS( float3 Pos : POSITION, //頂点座標
float3 Tangent : TANGENT0, //接線ベクトル
float3 Binormal : BINORMAL0, //従法線ベクトル
float3 Normal : NORMAL, //法線ベクトル
float2 Tex : TEXCOORD0 //テクセル
)
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( float4( Pos, 1.0f ), m_WVP );
Out.Tex = Tex;
//視線ベクトルを計算
float3 Eye = normalize( m_EyePos.xyz - Pos.xyz );
//視線ベクトルを頂点座標系に変換する
Out.Eye.x = dot( Eye, Tangent );
Out.Eye.y = dot( Eye, Binormal );
Out.Eye.z = dot( Eye, Normal );
Out.Eye = normalize( Out.Eye );
//オブジェクトの頂点座標 -> ライトの位置ベクトル に変換する
float3 Light = -m_LightDir.xyz;
//ライトベクトルを頂点座標系に変換する
Out.Light.x = dot( Light, Tangent );
Out.Light.y = dot( Light, Binormal );
Out.Light.z = dot( Light, Normal );
Out.Light = normalize( Out.Light );
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR
{
//高さマップを参照し、高さを取得する
//高さ情報はアルファ成分に格納されている
float h = tex2D( s1, In.Tex ).a;
//テクセルを頂点座標系での視線ベクトル方向に重みをつけてずらす。
float2 Tex = In.Tex + m_Param * h * In.Eye.xy;
//法線マップを参照し、法線を取得する
//法線マップは -1.0f 〜 1.0f の値を 0.0f 〜 1.0f の範囲に保存してあるので変換する
float3 Normal = 2.0f * tex2D( s1, Tex ).xyz - 1.0f;
//フォンシェーディングによるスペキュラーの色を計算する
//頂点 -> ライト位置ベクトル + 頂点 -> 視点ベクトル
float3 H = normalize( In.Light + In.Eye );
//スペキュラーカラーを計算する
float S = pow( max( 0.0f, dot( Normal, H ) ), m_Specular ) * m_SpecularPower;
//マテリアル色を決定する
return tex2D( s0, Tex ) * max( m_Ambient, dot( Normal, In.Light ) ) + S;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
視差マッピングのシェーダーです。バーテックスシェーダーはバンプマッピングと同じです。 ピクセルシェーダー内で高さマップを参照し、視線方向にテクセルをずらす処理が追加されます。 計算したテクセルは法線マップおよびマテリアル色のテクセル位置の取得で使用します。 テクセルの計算内の重みはテクセルの移動量を制御します。この値を大きくすると見た目上高くなったように見えます。
---ParallaxMapping.h---
class PARALLAX_MAPPING
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pEyePos, m_pAmbient, m_pSpecular, m_pSpecularPower, m_pParam;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
PARALLAX_MAPPING( PDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~PARALLAX_MAPPING();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void Begin();
void BeginPass( UINT Pass = 0 );
void SetAmbient( float Ambient );
void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
void SetSpecular( float Specular );
void SetSpecularPower( float SpecularPower );
//高さに対する係数
void SetParam( float Param );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void EndPass();
void End();
void CommitChanges();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---ParallaxMapping.cpp---
PARALLAX_MAPPING::PARALLAX_MAPPING( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
PARALLAX_MAPPING::~PARALLAX_MAPPING()
{
//SafeReleaseは関数ではなくマクロ
//#define SafeRelease(x) { if(x) { (x)->Release(); (x)=NULL; } }
SafeRelease( m_pEffect );
}
void PARALLAX_MAPPING::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void PARALLAX_MAPPING::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT PARALLAX_MAPPING::Load()
{
HRESULT hr;
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;
hr = D3DXCreateEffectFromFile( m_pd3dDevice, _T("ParallaxMapping.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_pSpecularPower = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_SpecularPower" );
m_pSpecular = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Specular" );
m_pParam = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Param" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -3;
}
}
else
{
return -4;
}
return S_OK;
}
void PARALLAX_MAPPING::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void PARALLAX_MAPPING::BeginPass( UINT Pass )
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->BeginPass( Pass );
}
}
void PARALLAX_MAPPING::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 PARALLAX_MAPPING::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 );
}
}
void PARALLAX_MAPPING::SetSpecular( float Specular )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecular, Specular );
}
void PARALLAX_MAPPING::SetSpecularPower( float SpecularPower )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecularPower, SpecularPower );
}
//高さに対する重み
void PARALLAX_MAPPING::SetParam( float Param )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pParam, Param );
}
void PARALLAX_MAPPING::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 );
D3DXVec3Normalize( (D3DXVECTOR3*)&v, (D3DXVECTOR3*)&v );
m_pEffect->SetVector( m_pLightDir, &v );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void PARALLAX_MAPPING::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void PARALLAX_MAPPING::EndPass()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->EndPass();
}
}
void PARALLAX_MAPPING::End()
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->End();
}
}
BOOL PARALLAX_MAPPING::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
視差マッピングの制御クラスです。
---Main.cpp---
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice = NULL;
D3DPRESENT_PARAMETERS m_d3dParameters;
D3DCAPS9 Caps;
//ティーポットオブジェクト
//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_pMeshTeapot = NULL;
//法線マップ
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pNormalMap = NULL;
//視差マッピングクラスオブジェクトの宣言
PARALLAX_MAPPING* m_pParallaxMapping = NULL;
//ID3DXMeshインターフェースを使用する場合必要なし
////頂点シェーダー
//LPDIRECT3DVERTEXDECLARATION9 m_pDecl = 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。
//****************************************************************
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps(&Caps);
//視差マッピングクラスの初期化
m_pParallaxMapping = new PARALLAX_MAPPING( m_pd3dDevice );
m_pParallaxMapping->Load();
//メッシュのロード
m_pMeshTeapot = new CDXUTMesh();
m_pMeshTeapot->Create( m_pd3dDevice, _T("t-pot.x") );
//頂点データを定義する(詳細はオンラインマニュアルを参照)
D3DVERTEXELEMENT9 decl[] =
{
{0, 0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0},
{0, 12, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_TANGENT, 0},
{0, 24, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_BINORMAL, 0},
{0, 36, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_NORMAL, 0},
{0, 48, D3DDECLTYPE_FLOAT2, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, 0},
D3DDECL_END()
};
//新しい頂点情報に基づき頂点データを再生成する
m_pMeshTeapot->SetVertexDecl( m_pd3dDevice, decl );
//ID3DXMeshインターフェースを使用する場合必要なし
// //バンプマッピング用に頂点シェーダ宣言を作成する
// m_pd3dDevice->CreateVertexDeclaration( decl, &m_pDecl );
//法線マップのロード
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
_T("normal.dds"), //法線マップテクスチャーのファイル名。アルファ成分に高さ情報が設定される
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
1,
0,
D3DFMT_UNKNOWN,
D3DPOOL_MANAGED,
D3DX_DEFAULT,
D3DX_DEFAULT,
0x0,
NULL,
NULL,
&m_pNormalMap );
//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_pParallaxMapping->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_pParallaxMapping->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;
m_pd3dDevice->Clear( 0L,
NULL,
D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
0x0,
1.0f,
0L
);
m_pd3dDevice->BeginScene();
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->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
//射影座標変換
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj,
D3DX_PI/4.0f,
4.0f / 3.0f,
0.1f,
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->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld );
//ティーポットのテクスチャーを設定する
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshTeapot->m_pTextures[0] );
//法線マップを設定する
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, m_pNormalMap );
m_pParallaxMapping->Begin();
m_pParallaxMapping->SetAmbient( 0.0f );
m_pParallaxMapping->SetSpecular( 10.0f );
m_pParallaxMapping->SetSpecularPower( 0.75f );
m_pParallaxMapping->SetParam( 0.016f );
m_pParallaxMapping->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pParallaxMapping->BeginPass(0);
m_pMeshTeapot->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pParallaxMapping->EndPass();
m_pParallaxMapping->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。
さて今回はバンプマッピングをちょっと改造するだけでしたのでコーディングは楽でしたが、 高さマップの作成をどうしようかと思っています。視差マッピングで使用する高さマップは 法線マップを作成するときに使用する高さマップと同じものは使用できません。おかしな表示になります。 これは高さマップでは高さの変移が不連続になっていたのに対し、法線マップでは斜めなる部分があり 高さの変移に連続性が発生しているためです。(２つのマップのイメージはバンプマッピングに載せてるので そちらを参照)したがって高さマップも法線マップと同じように高さに変移がつくように修正すればいいのですがこの方法がわからん！！ 最悪ドット絵描きになってしまいますが、そんな面倒なことやってられんし、いい方法がないものか。