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、スクリーントーンシェーダーをやります。漫画で陰影の表現で使われているものです。よく知りませんが、スクリーントーンというものがあってそれを切り貼りしているようですな。
スクリーントーンのサンプルイメージです。陰になる部分が黒丸で表現されています。わかりやすくするために丸を大きくしていますが、小さくした方がきれいになると思います。実際の漫画でも細かいですしね。
さて今回のネタは以前紹介した線画シェーダーと似てます。変更点としては使用するテクスチャーが線から丸に変更されていることと線画シェーダーでは陰のグラデーションを
線の色の明暗によって表現してたところをスクリーントーンシェーダーでは●の大きさによって表現するところです。
実装方法を簡単に説明します。
１．レンダーターゲットサーフェイスを２枚用意し、これに「カラー情報」と「拡散反射率情報」をそれぞれ書き込む。
２．１で取得した拡散反射率サーフェイスを参照し、暗くなるほど●が大きくなるようにポストエフェクトを適応する。
この●の大きさの制御が今回のポイントです。
まずスクリーントーンマップのサンプルイメージです。
スクリーントーンマップ
RG成分を使用します。R成分が●の大きさで、G成分が●の色情報となります。実際にどんなファイルかみたい場合は右クリックして
ファイルを保存してください。各成分について説明すると、まずR成分について黒地に○となっているのは、
シェーダー内でバックバッファの色情報を減算するためです。
この辺は線画シェーダーと同じです。ただし●がぼけてます。このぼけによって●の大きさを変更します。
上の画像の左側がメッシュの拡散反射率が [0] 、右側が拡散反射率が [0.5]のときのイメージです。
スクリーントーンマップのカラー情報から拡散反射率を減算するため(矢印方向に移動)正の値となる
部分が小さくなります(赤ライン部分)。最終的にこの部分を減算することにより●の大きさを制御します。
次にG成分についてですが、●の色を設定しています。これは減算するための値を格納します。したがってG成分を [255] にすると ●が真っ黒になります。
ではソースの解説です。
---ScreenTone.fx---
float m_WrapCnt = 10.0f; //スクリーントーンマップの繰り返し数
float m_ColorBias = 0.1f; //拡散反射率にバイアスをかける
sampler tex0 : register(s0); //メッシュのテクスチャー
sampler tex1 : register(s1); //拡散反射率のテクスチャー
sampler tex2 : register(s2); //スクリーントーンマップテクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float2 Tex : TEXCOORD0;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Col : COLOR0,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = Pos;
Out.Tex = Tex;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Col = 0.0f;
//拡散反射率を取得
float Material = tex2D( tex1, In.Tex ).r + m_ColorBias;
//スクリーントーンマップから色を取得する
float4 ToneMap = tex2D( tex2, In.Tex * m_WrapCnt );
float C = ToneMap.r - Material;
if( C > 0.0f )
C = ToneMap.g; //スクリーントーンの色を適応する
else
C = 0.0f;
Col = tex2D( tex0, In.Tex ) - C;
return Col;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
スクリーントーンシェーダーです。m_WrapCntは、スクリーントーンマップの繰り返し数です。大きくすると●が小さくなります。m_ColorBiasは、拡散反射率のバイアス値です。 これで補正しないと画面全体に●がかかってしまうので適当に補正しときます。大きくすると●がかかる領域が小さくなります。
---ScreenTone.h---
//D3D2DSQUAREは2Dオブジェクト。詳細は表面化散乱(Subsurface Scattering) を参照
class SCREENTONE : public D3D2DSQUARE
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWrapCnt, m_pColorBias;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
SCREENTONE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pd3dParameters );
SCREENTONE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, UINT Width, UINT Height );
~SCREENTONE();
void Invalidate();
void Restore();
HRESULT Load();
void SetScreenToneWrapCnt( float WrapCnt );
void SetColorBias( float ColorBias );
void Render( LPDIRECT3DTEXTURE9 pBackBuffer, LPDIRECT3DTEXTURE9 pDiffuse, LPDIRECT3DTEXTURE9 pToneMap );
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---ScreenTone.cpp---
SCREENTONE::SCREENTONE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pd3dParameters ) : D3D2DSQUARE( pd3dDevice, pd3dParameters )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
SCREENTONE::SCREENTONE( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice, UINT Width, UINT Height ) : D3D2DSQUARE( pd3dDevice, Width, Height )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
SCREENTONE::~SCREENTONE()
{
//SafeReleaseは関数ではなくマクロ
//#define SafeRelease(x) { if(x) { (x)->Release(); (x)=NULL; } }
SafeRelease( m_pEffect );
}
void SCREENTONE::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void SCREENTONE::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT SCREENTONE::Load()
{
D3DCAPS9 caps;
HRESULT hr;
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps( &caps );
if( caps.VertexShaderVersion >= D3DVS_VERSION( 1, 1 ) && caps.PixelShaderVersion >= D3DPS_VERSION( 2, 0 ) )
{
hr = D3D2DSQUARE::Load();
if( FAILED( hr ) )
return -1;
//シェーダーの初期化
LPD3DXBUFFER pErr = NULL;
hr = D3DXCreateEffectFromFile( m_pd3dDevice, _T("ScreenTone.fx"), NULL, NULL, 0, NULL, &m_pEffect, &pErr );
if( FAILED( hr ) )
return -2;
m_pTechnique = m_pEffect->GetTechniqueByName( "TShader" );
m_pWrapCnt = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_WrapCnt" );
m_pColorBias = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_ColorBias" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -3;
}
return S_OK;
}
void SCREENTONE::SetScreenToneWrapCnt( float WrapCnt )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pWrapCnt, WrapCnt );
}
void SCREENTONE::SetColorBias( float ColorBias )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pColorBias, ColorBias );
}
void SCREENTONE::Render( LPDIRECT3DTEXTURE9 pBackBuffer, LPDIRECT3DTEXTURE9 pDiffuse, LPDIRECT3DTEXTURE9 pToneMap )
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, pBackBuffer );
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, pDiffuse );
m_pd3dDevice->SetTexture( 2, pToneMap );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
m_pEffect->BeginPass( 0 );
D3D2DSQUARE::Render();
m_pEffect->EndPass();
m_pEffect->End();
m_pd3dDevice->SetTexture( 1, NULL );
m_pd3dDevice->SetTexture( 2, NULL );
}
}
BOOL SCREENTONE::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
スクリーントーンシェーダーの制御クラスです。ポストエフェクトなので２Ｄスプライトを使用してレンダリングします。 ２ＤスプライトはFVFの設定にD3DFVF_XYZRHWを適応し、スクリーン全体を覆うように作成してください。
---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;
CDXUTMesh* m_pMeshTiger = NULL;
//シーンのレンダリング情報を格納するテクスチャー
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pBackBufferTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pBackBufferSurface = NULL;
//拡散反射率を格納するテクスチャー
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pDiffuseMapTexture = NULL;
LPDIRECT3DSURFACE9 m_pDiffuseMapSurface = NULL;
//スクリーントーンマップテクスチャー
LPDIRECT3DTEXTURE9 m_pScreenToneTexture = NULL;
//色とランバート拡散照明による明暗を出力するクラス
//線画シェーダーを参照
LAMBERT9* m_pLambert = NULL;
//スクリーントーンシェーダークラス
SCREENTONE* m_pScreenTone = 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);
//ランバート拡散照明シェーダーの初期化
m_pLambert = new LAMBERT9( m_pd3dDevice );
m_pLambert->Load();
//スクリーントーンシェーダーの初期化
m_pScreenTone = new SCREENTONE( m_pd3dDevice, &m_d3dParameters );
m_pScreenTone->Load();
//背景メッシュの初期化
m_pMeshBack = new CDXUTMesh();
m_pMeshBack->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\back.x") );
m_pMeshBack->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//トラメッシュの初期化
m_pMeshTiger = new CDXUTMesh();
m_pMeshTiger->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\tiger.x") );
m_pMeshTiger->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//スクリーントーンテクスチャーの初期化
D3DXCreateTextureFromFileEx( m_pd3dDevice,
"res\\ScreenToneMap.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_pScreenToneTexture //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_pLambert->Invalidate();
m_pScreenTone->Invalidate();
SafeRelease( m_pDiffuseMapSurface );
SafeRelease( m_pDiffuseMapTexture );
SafeRelease( m_pBackBufferSurface );
SafeRelease( m_pBackBufferTexture );
}
//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_pLambert->Restore();
m_pScreenTone->Restore();
D3DXCreateTexture( m_pd3dDevice,
nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_A8R8G8B8,
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pBackBufferTexture );
m_pBackBufferTexture->GetSurfaceLevel( 0, &m_pBackBufferSurface );
D3DXCreateTexture( m_pd3dDevice,
nWidth,
nHeight,
1,
D3DUSAGE_RENDERTARGET,
D3DFMT_R32F,
D3DPOOL_DEFAULT,
&m_pDiffuseMapTexture );
m_pDiffuseMapTexture->GetSurfaceLevel( 0, &m_pDiffuseMapSurface );
//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;
//現在のバックバッファを保存する
LPDIRECT3DSURFACE9 OldBackBuffer;
m_pd3dDevice->GetRenderTarget( 0, &OldBackBuffer );
//レンダーターゲットサーフェイスをバックバッファ用のサーフェイスおよび拡散反射率用のサーフェイスに切り替える
//Zバッファは切り替えない
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, m_pBackBufferSurface );
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 1, m_pDiffuseMapSurface );
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 );
//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 );
//****************************************************************
// (STEP1) 背景その他すべてのメッシュをレンダリング
//****************************************************************
m_pLambert->Begin();
m_pLambert->SetAmbient( 0.0f );
m_pLambert->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
// 背景をレンダリング
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pLambert->BeginPass(0);
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pLambert->EndPass();
//トラをレンダリング
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshTiger->m_pTextures[0] );
m_pLambert->BeginPass(0);
m_pMeshTiger->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pLambert->EndPass();
m_pLambert->End();
//レンダーターゲットをバックバッファに戻す
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 0, OldBackBuffer );
//開放
SafeRelease( OldBackBuffer );
//未使用のステージのレンダーターゲットは忘れずに無効にする
m_pd3dDevice->SetRenderTarget( 1, NULL );
//****************************************************************
// (STEP2) スクリーントーンを適応
//****************************************************************
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 0, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_POINT );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 1, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 2, D3DSAMP_MINFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 2, D3DSAMP_MAGFILTER, D3DTEXF_LINEAR );
m_pd3dDevice->SetSamplerState( 2, D3DSAMP_MIPFILTER, D3DTEXF_NONE );
m_pScreenTone->SetScreenToneWrapCnt( 10.0f );
m_pScreenTone->SetColorBias( 0.3f );
m_pScreenTone->Render( m_pBackBufferTexture, m_pDiffuseMapTexture, m_pScreenToneTexture );
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。
ランバート拡散照明クラスはマルチレンダーターゲットを使用し、ステージ０にシーンの色情報、ステージ１にシーンの光の反射率を格納するものを使用します。 線画シェーダーで解説しているのでそちらを参照してください。