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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ベルベットシェーダーというものをやります。 元ネタは「GAME Watch」の「ワンダと巨像」の記事です。 古いなあ．．．
ベルベットシェーダーは、馬の肌を再現します。 フォンシェーディングに加え、法線ベクトルが視線ベクトル(カメラ方向)と相対しているほどハイライトを減衰するようにします。 これは毛により発生するハイライトが、毛の向き(法線ベクトル)と視線ベクトル(カメラ方向)が相対すると 毛が点になるためほとんどハイライトが発生しないという理屈らしいです。
ライトはカメラの背後にあります。左側がフォンシェーディングでこの場合ハイライトが発生します。
右側がベルベットシェーダーでこの場合ハイライトが発生しません。
ライトは左の方にあります。左側がフォンシェーディングでこの場合ハイライトが発生します。
この場合ベルベットシェーダーでもハイライトが発生します。
さてソースを見ていきます。
---VelvetShader.fx---
float4x4 m_WVP; //ワールド × ビュー × 射影
float4 m_LightDir; //ライトベクトル
float4 m_EyePos; //視点ベクトル
float4 m_Ambient = 1.0f; //環境光
float m_SpecularPower = 0.0f; //スペキュラーの強度
float m_Specular = 0.0f; //スペキュラーの範囲
sampler tex0 : register(s0); //オブジェクトのテクスチャー
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float4 Col : COLOR0;
float2 Tex : TEXCOORD0;
float3 N : TEXCOORD1;
float3 L : TEXCOORD2;
float3 E : TEXCOORD3;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVP );
Out.Tex = Tex;
//ライト方向で入力されるので、頂点 -> ライト位置とするために逆向きに変換する。なおアプリケーションで必ず正規化すること
Out.L = -m_LightDir.xyz;
//オブジェクトの法線ベクトルを正規化する
Out.N = normalize( Normal.xyz );
//ライトベクトルと法線ベクトルの内積を計算し、計算結果の色の最低値を環境光( m_Ambient )に制限する
Out.Col = min( max( m_Ambient, dot( Out.N, Out.L ) ), 1.0f );
//頂点 -> 視点 へのベクトルを計算
Out.E = m_EyePos.xyz - Pos.xyz;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Out;
float3 N = normalize( In.N );
float3 E = normalize( In.E );
//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.L + E );
//スペキュラーカラーを計算する
float S = pow( max( 0.0f, dot( N, H ) ), m_Specular ) * m_SpecularPower;
//視線ベクトルと法線ベクトルが同じになるほど強度を下げるようにする
float d = dot( N, E );
//適当に調整する
d = d * d * d * d;
S *= ( 1.0f - d );
//スペキュラーカラーを加算する
Out = In.Col * tex2D( tex0, In.Tex ) + S;
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
ベルベットシェーダーです。フォンシェーディングとほとんど同じです。
---PhongShade.h---
class VELVET_SHADER
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pEyePos, m_pAmbient, m_pSpecular, m_pSpecularPower;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
VELVET_SHADER( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~VELVET_SHADER();
HRESULT Load();
void Invalidate();
void Restore();
void Begin();
void BeginPass();
void SetAmbient( float Ambient );
void SetAmbient( D3DXVECTOR4* pAmbient );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void SetSpecular( float Specular );
void SetSpecularPower( float SpecularPower );
void SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pCameraPos, D3DXVECTOR4* pLightDir );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
};
---PhongShade.cpp---
VELVET_SHADER::VELVET_SHADER( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
VELVET_SHADER::~VELVET_SHADER()
{
SafeRelease( m_pEffect );
}
void VELVET_SHADER::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void VELVET_SHADER::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT VELVET_SHADER::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("VelvetShader.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_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void VELVET_SHADER::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void VELVET_SHADER::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->BeginPass( 0 );
}
void VELVET_SHADER::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 VELVET_SHADER::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 VELVET_SHADER::SetSpecular( float Specular )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecular, Specular );
}
void VELVET_SHADER::SetSpecularPower( float SpecularPower )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetFloat( m_pSpecularPower, SpecularPower );
}
void VELVET_SHADER::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 VELVET_SHADER::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void VELVET_SHADER::EndPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->EndPass();
}
void VELVET_SHADER::End()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->End();
}
BOOL VELVET_SHADER::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
ベルベットシェーダークラスです。
---Main.cpp---
LPDIRECT3D9 m_pdirect3d9 = NULL;
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_pMeshSun = NULL;
CDXUTMesh* m_pMeshTiger = NULL;
//2Dオブジェクト(表面化散乱(Subsurface Scattering) ページ参照)
D3D2DSQUARE* m_pSquObj = NULL;
//ベルベットシェーダークラスの宣言
VELVET_SHADER* m_pVelvetShader = 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( 0.0f, 40.0f, -70.0f, 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。
//****************************************************************
m_pd3dDevice->GetDeviceCaps(&Caps);
//ベルベットシェーダークラスの初期化
m_pVelvetShader = new VELVET_SHADER( m_pd3dDevice );
m_pVelvetShader->Load();
//2Ｄオブジェクトのロード
m_pSquObj = new D3D2DSQUARE( m_pd3dDevice, &m_d3dParameters );
m_pSquObj->Load();
//メッシュのロード
//背景
m_pMeshBack = new CDXUTMesh();
m_pMeshBack->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\back.x") );
m_pMeshBack->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//太陽
m_pMeshSun = new CDXUTMesh();
m_pMeshSun->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\sun.x") );
m_pMeshSun->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//トラ
m_pMeshTiger = new CDXUTMesh();
m_pMeshTiger->Create( m_pd3dDevice, _T("res\\tiger.x") );
m_pMeshTiger->SetFVF( m_pd3dDevice, D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL | D3DFVF_TEX1 );
//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_pVelvetShader->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_pVelvetShader->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 matPProj, matView, matWorld, matTiger, matScaling, matTranslation, matRotation;
//遠近射影座標変換
//クリップ面はアプリケーションごとに調整すること
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matPProj,
D3DX_PI/4.0f,
4.0f / 3.0f,
30.0f,
700.0f );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matPProj );
//ビュー座標変換
D3DXMatrixIdentity( &matView );
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView );
//トラ
D3DXMatrixRotationY( &matRotation, D3DXToRadian( 45.0f ) );
D3DXMatrixScaling( &matScaling, 50.0f, 50.0f, 50.0f );
D3DXMatrixTranslation( &matTranslation, 0.0f, 90.0f, 400.0f );
matTiger = matScaling * matRotation * matTranslation;
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->BeginScene();
//背景レンダリング
m_pVelvetShader->Begin();
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pVelvetShader->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pVelvetShader->SetAmbient( 0.1f );
m_pVelvetShader->SetSpecular( 20.0f );
//ハイライトを発生させない
m_pVelvetShader->SetSpecularPower( 0.0f );
m_pVelvetShader->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pVelvetShader->EndPass();
//トラ
m_pVelvetShader->SetMatrix( &matTiger, &EyePos, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshTiger->m_pTextures[0] );
m_pVelvetShader->SetAmbient( 0.1f );
m_pVelvetShader->SetSpecularPower( 0.75f );
m_pVelvetShader->BeginPass();
m_pMeshTiger->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pVelvetShader->EndPass();
//空レンダリング
//Zバッファ書込み禁止
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ZWRITEENABLE, FALSE );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[1] );
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pVelvetShader->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pVelvetShader->SetAmbient( 1.0f );
//ハイライトを発生させない
m_pVelvetShader->SetSpecularPower( 0.0f );
m_pVelvetShader->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 1 );
m_pVelvetShader->EndPass();
//太陽レンダリング
//αブレンドを有効にする
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE );
//加算合成
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_BLENDOP, D3DBLENDOP_ADD );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA );
m_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_ONE );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshSun->m_pTextures[0] );
D3DXMatrixTranslation( &matTranslation, LightPos.x, LightPos.y, LightPos.z );
//ビルボードマトリックスを取得(ビルボード ページ参照)
matWorld = GetBillBoardMatrix( m_pd3dDevice, &matTranslation );
m_pVelvetShader->SetMatrix( &matWorld, &EyePos, &LightDir );
m_pVelvetShader->SetAmbient( 1.0f );
m_pVelvetShader->BeginPass();
m_pMeshSun->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pVelvetShader->EndPass();
m_pVelvetShader->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。
今年はあと１回くらい更新できるかな。