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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さて今回は指数フォグをやります。指数フォグは固定機能パイプラインにもある(しかしサポートされてない)機能です。 以前紹介した距離フォグでは線形的にフォグを適応しました。しかし、今回紹介する指数フォグでは 指数関数的に適応します。
指数フォグです。
でもって線形フォグです。
指数フォグの方が滑らかに変化しているのが確認できると思います。
さて使用した計算式におけるグラフです。
計算式は
f(n) = ( 1 - ( n ^ p1 ) ) ^ p2
となります。よく知らないんだけど、こういう書き方であってるのかな？
p1とp2は 1.0f 以上のパラメータです。曲線の変化率を制御します。nは[ 0.0f 〜 1.0f ]の値をとります。この値はZ値となります。
グラフでは横軸が n の値となり、縦軸が計算結果となります。
色分けして４パターン作成しました。それぞれp1とp2の値が次のようになります。
黒:[ p1 = 1.0f, p2 = 1.0f ]
赤:[ p1 = 5.0f, p2 = 1.0f ]
緑:[ p1 = 1.0f, p2 = 5.0f ]
青:[ p1 = 5.0f, p2 = 5.0f ]
ちなみに黒パターンは線形合成です。また冒頭のサンプルイメージは[ p1 = 10.0f, p2 = 1.0f ]で設定しました。 この計算式を使用すると、p1とp2の値を変更するだけで変化率を自由に変更できるので面白いと思います。
今回は簡単なのでいきなりソースを見ていきます。
---ExponentialFog.fx---
float4x4 m_WVP;
float4 m_LightDir;
float4 m_Ambient = 0.0f;
float4 m_FogColor;
float m_Param1;
float m_Param2;
sampler tex0 : register(s0);
struct VS_OUTPUT
{
float4 Pos : POSITION;
float4 Col : COLOR0;
float2 Tex : TEXCOORD0;
float4 LocalPos : TEXCOORD1;
};
VS_OUTPUT VS( float4 Pos : POSITION,
float4 Normal : NORMAL,
float2 Tex : TEXCOORD0 )
{
VS_OUTPUT Out;
Out.Pos = mul( Pos, m_WVP );
float3 L = -m_LightDir.xyz;
float3 N = normalize( Normal.xyz );
Out.Col = max( m_Ambient, dot(N, L) );
Out.Tex = Tex;
Out.LocalPos = Out.Pos;
return Out;
}
float4 PS( VS_OUTPUT In ) : COLOR0
{
float4 Out;
//計算する
float f = pow( 1.0f - pow( In.LocalPos.z / In.LocalPos.w, m_Param1 ), m_Param2 );
//計算結果をもとに合成する
Out = tex2D( tex0, In.Tex ) * In.Col * f + m_FogColor * ( 1.0f - f );
return Out;
}
technique TShader
{
pass P0
{
VertexShader = compile vs_1_1 VS();
PixelShader = compile ps_2_0 PS();
}
}
距離フォグでは視点から各ピクセルまでの距離をキーとしてフォグのかかり具合を計算しましたが、今回はZ値の値をキーとして計算します。
---FogShader.h---
class EXPONENTIAL_FOG
{
private:
LPD3DXEFFECT m_pEffect;
D3DXHANDLE m_pTechnique, m_pWVP, m_pLightDir, m_pAmbient, m_pFogColor, m_pParam1, m_pParam2;
D3DXMATRIX m_matView, m_matProj;
LPDIRECT3DDEVICE9 m_pd3dDevice;
public:
EXPONENTIAL_FOG( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice );
~EXPONENTIAL_FOG();
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 SetParameters( float Param1, float Param2 );
void SetFogColor( D3DXVECTOR4* pFogColor );
void SetFogColor( float FogColor );
void CommitChanges();
void EndPass();
void End();
BOOL IsOK();
LPD3DXEFFECT GetEffect(){ return m_pEffect; };
};
---FogShader.cpp---
EXPONENTIAL_FOG::EXPONENTIAL_FOG( LPDIRECT3DDEVICE9 pd3dDevice )
{
m_pd3dDevice = pd3dDevice;
m_pEffect = NULL;
}
EXPONENTIAL_FOG::~EXPONENTIAL_FOG()
{
SafeRelease( m_pEffect );
}
void EXPONENTIAL_FOG::Invalidate()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnLostDevice();
}
void EXPONENTIAL_FOG::Restore()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->OnResetDevice();
}
HRESULT EXPONENTIAL_FOG::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("ExponentialFog.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_pAmbient = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Ambient" );
m_pFogColor = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_FogColor" );
m_pParam1 = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Param1" );
m_pParam2 = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "m_Param2" );
m_pEffect->SetTechnique( m_pTechnique );
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -2;
}
return S_OK;
}
void EXPONENTIAL_FOG::SetParameters( float Param1, float Param2 )
{
if( m_pEffect )
{
m_pEffect->SetFloat( m_pParam1, Param1 );
m_pEffect->SetFloat( m_pParam2, Param2 );
}
}
void EXPONENTIAL_FOG::SetFogColor( float FogColor )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXVECTOR4 A;
A = D3DXVECTOR4( FogColor, FogColor, FogColor, 1.0f );
m_pEffect->SetVector( m_pFogColor, &A );
}
}
void EXPONENTIAL_FOG::SetFogColor( D3DXVECTOR4* pFogColor )
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->SetVector( m_pFogColor, pFogColor );
}
void EXPONENTIAL_FOG::Begin()
{
if( m_pEffect )
{
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_VIEW, &m_matView );
m_pd3dDevice->GetTransform( D3DTS_PROJECTION, &m_matProj );
m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
}
}
void EXPONENTIAL_FOG::BeginPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->BeginPass( 0 );
}
void EXPONENTIAL_FOG::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 EXPONENTIAL_FOG::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 EXPONENTIAL_FOG::SetMatrix( D3DXMATRIX* pMatWorld, D3DXVECTOR4* pLightDir )
{
if( m_pEffect )
{
D3DXMATRIX m;
D3DXVECTOR4 v;
//頂点の行列変換行列
m = (*pMatWorld) * m_matView * m_matProj;
m_pEffect->SetMatrix( m_pWVP, &m );
//Lightの方向ベクトル
D3DXMatrixInverse( &m, NULL, pMatWorld );
D3DXVec4Transform( &v, pLightDir, &m );
D3DXVec4Normalize( &v, &v );
m_pEffect->SetVector( m_pLightDir, &v );
}
else
m_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, pMatWorld );
}
void EXPONENTIAL_FOG::CommitChanges()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->CommitChanges();
}
void EXPONENTIAL_FOG::EndPass()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->EndPass();
}
void EXPONENTIAL_FOG::End()
{
if( m_pEffect )
m_pEffect->End();
}
BOOL EXPONENTIAL_FOG::IsOK()
{
if( m_pEffect )
return TRUE;
return FALSE;
}
特に説明はいらないでしょう。
---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_pMeshTiger = NULL;
//指数フォグクラスの宣言
EXPONENTIAL_FOG* m_pExponentialFog = NULL;
//スクリーンの解像度
UINT nWidth = 1024;
UINT nHeight = 768;
D3DXVECTOR4 LightPos = D3DXVECTOR4( 100.0f, 100.0f, 0.0f, 1.0f );
D3DXVECTOR4 LightDir;
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);
//指数フォグクラスの初期化
m_pExponentialFog = new EXPONENTIAL_FOG( m_pd3dDevice );
m_pExponentialFog->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 );
//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 );
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_pExponentialFog->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_pExponentialFog->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 matWVP, 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, 70.0f, 400.0f );
matTiger = matScaling * matRotation * matTranslation;
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->Clear( 0L,
NULL,
D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
0x00000000,
1.0f,
0L
);
//背景レンダリング
m_pExponentialFog->Begin();
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pExponentialFog->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[0] );
m_pExponentialFog->SetAmbient( 0.1f );
m_pExponentialFog->SetParameters( 10.0f, 1.0f );
m_pExponentialFog->SetFogColor( 1.0f );
m_pExponentialFog->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pExponentialFog->EndPass();
//トラ
m_pExponentialFog->SetMatrix( &matTiger, &LightDir );
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshTiger->m_pTextures[0] );
m_pExponentialFog->SetAmbient( 0.1f );
m_pExponentialFog->BeginPass();
m_pMeshTiger->m_pLocalMesh->DrawSubset( 0 );
m_pExponentialFog->EndPass();
//空レンダリング
m_pd3dDevice->SetTexture( 0, m_pMeshBack->m_pTextures[1] );
D3DXMatrixIdentity( &matWorld );
m_pExponentialFog->SetMatrix( &matWorld, &LightDir );
m_pExponentialFog->SetAmbient( 1.0f );
m_pExponentialFog->BeginPass();
m_pMeshBack->m_pLocalMesh->DrawSubset( 1 );
m_pExponentialFog->EndPass();
m_pExponentialFog->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。
今回はフォグより、計算式が重要なネタです。計算式は適当にいじって自分で見つけたんですが(この計算式が一般的に使われているのか知りません)、 こういうの考えるのも楽しいものです。ところでフォグはミー散乱という光の散乱現象によって発生する物理現象ですが実際にはどうなるのだろうか？ まあゲームでは厳密さは要求されないんですけどね。