Алексей Александров - Введение в Direct3D8

• Название: Введение в Direct3D8
• Автор: Алексей Александров
• Жанр: Программирование

---

 FLOAT nx, ny, nz;

} GRAPH3DVERTEXSTRUCT;

Здесь x, y и z – координаты точки, nx, ny, nz – компоненты нормали. Вектор нормали используется подсистемой Direct3D, отвечающей за освещение сцены. Чуть позже мы рассмотрим, как можно рассчитать эти компоненты. Перед вызовом функции DrawPrimitive() мы должны указать vertex shader и используемый поток данных. Выбор и установка потока данных производится с помощью функции SetStreamSorce(). Мы передаем ей номер устанавливаемого потока (0, если оспользуется только один поток), указатель на вертекс-буфер, из которого будут браться данные, и размер каждого элемента в потоке (то есть, sizeof(GRAPH3DVERTEXSTRUCT). Vertex shaders – новая возможность Direct3D. Это эдакая абстракция, символизирующая обработку вершин (вертексов). Грубо говоря, vertex shader обеспечивает перевод точки из трехмерного пространства модели в двумерную картинную плоскость. Вы можете написать на особом языке скрипт, обеспечивающий этот перевод, а можете использовать один из поддерживаемых стандартных механизмов, что мы и сделаем. Наш vertex shader D3DFVF_GRAPH3DVERTEX определен как D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL. Это означает, что каждая точка характеризуется 6-ю числами. Первые 3 из них трактуются как координаты вершины, остальные – как компоненты нормали.

После установки необходимых потока данных и вертекс-шейдера мы можем вызвать метод DrawPrimitive(), который отображает данные из вертекс-буфера на плоскость back-буфера. Способ рендеринга данных выбирается первым параметром этого метода – он может быть одним из значений перечисляемого типа D3DPRIMITIVETYPE: D3DPT_POINTLIST, D3DPT_LINELIST, D3DPT_LINESTRIP, D3DPT_TRIANGLELIST, D3DPT_TRIANGLESTRIP или D3DPT_TRIANGLEFAN. Я решил, что наиболее подходящим способом для построения графика функции является использование D3DPT_TRIANGLESTRIP, поскольку этот способ требует относительно немного памяти для хранения данных о поверхности. Триангуляции области построения графика осуществляется как показано на следующем рисунке.

Все это работает следующим образом: вертекс-буфер содержит точки P1, P2, P3, P4 и так далее. Когда я вызываю функцию DrawPrimitive() с параметром D3DPT_TRIANGLESTRIP, Direct3D начинает отображать треугольники 1, 2, 3 и так далее. Треугольник 1 определяется точками P1, P2, P3, треугольник 2 – P2, P3, P4. Таким образом, N точек, находящихся в вертекс-буфере, соответствуют (N-2) треугольникам. Все очень хорошо, но есть и недостатки: все треугольники получаются связаны друг с другом. Вот почему четные ряды триангулируются слева направо, а нечетные – наоборот. Думаю, нет необходимости напоминать, что всякого рода нумерации у меня начинаются с нуля.

Реализация всего этого находится в методе C3DGraphic::RecalculateData(). Эта функция использует вспомогательный класс CGraphGrid, который обеспечивает построение сетки графика функции.

Управление светом в Direct3D8.

Direct 3D имеет довольно мощные средства для работы с освещением 3D-сцены. Поддерживается несколько различных типов источников света: параллельный (directional), точечный (point-source) и прожектор (spotlight). Параллельный свет не имеет источника – только направление. В качестве аналогии приведу солнце: все его лучи параллельны (простите, физики и астрономы!). Точечный свет и прожектор имеют вполне определенную точку, из которой исходят все лучи. Точечный свет испускается во все стороны, а прожектор имеет строго очерченный конус распространения лучей. Для получения более подробной информации можете обратиться к DirectX 8.0a SDK. Сейчас меня больше интересует другое. Есть одна проблема: все точки (vertexes), которые принимают участие в вычислении освещенности сцены должны включать вектор нормали. Определение нормали на самом деле очень просто, если Вы все еще помните курс школьной геометрии. Как это сделать? Есть, как минимум, 2 пути:

• Во-первых, мы можем найти аналитическое выражение, описывающее координаты вектора нормали. Это будет очень точный результат, но для каждого новой 3D-функции придется провести все выкладки заново.

• Во-вторых, мы можем рассчитать примерные координаты нормали исходя из координат точки, в которой определяется нормаль и координат соседних с ней точек. Пусть это лишь приближенное решение: его вполне достаточно для наших целей. К тому же оно зато абсолютно не зависит от самой функции. Именно этот подход реализован в демо-приложении и Вы можете найти его в функции C3DGraphic::CalcNormal(). Попробую прокомментировать сам алгоритм.

– Находим 4 вектора к соседним точкам:

 V01 = P1 – P0;

 V02 = P2 – P0;

 V03 = P3 – P0;

 V04 = P4 – P0;

– Находим 4 нормали к каждой из треугольных граней. Нормали находятся как векторное произведение соответствующих векторов.

 N1 = [V02, V01];

 N2 = [V03, V02];

 N3 = [V04, V03];

 N4 = [V01, V04];

– Искомая нормаль определяется как средний вектор четырех ранее найденных нормалей.

 N = (N1 + N2 + N3 + N4) / 4;

Управление материалами.

Все в этом мире имеет цвет. Цвет определяет восприятие нами окружающего мира. Яблоко – красное, небо – синее и так далее. Для обозначения свойств поверхности объектов Direct3D использует термин "материал". Свойства материала описываются структурой D3DMATERIAL8:

typedef struct _D3DMATERIAL8 {

 D3DCOLORVALUE Diffuse;

 D3DCOLORVALUE Ambient;

 D3DCOLORVALUE Specular;

 D3DCOLORVALUE Emissive;

 float Power;

} D3DMATERIAL8;

Переменные Diffuse, Ambient и Specular определяют, как данный материал отражает соответствующие компоненты источников света. Кроме того, Вы можете указать мощность, с которой отражается зеркальная (specular) составляющая света – это определяет вид бликов на объектах. Ненулевая излучательная (emissive) компонента заставляет объект светится, но помните, что свет, излученный объектом, никак не отражается прочими объектами сцены. Только источники света имеют право освещать кого-либо.

Для установки свойств материала объекта Вы должны вызвать функцию SetMaterial() перед вызовом DrawPrimitive() или любой другой функции рендеринга. Делается это, например, вот так:

hr = m_p3DDevice->SetMaterial(&m_theGraphMaterial);

ATLASSERT(SUCCEEDED(hr));

if (FAILED(hr)) {

 return hr;

}

За подробностями обращайтесь к исходному коду моего проекта. Экспериментируйте, меняйте параметры, пишите, если что-то непонятно.

Вместо заключения

В конце я бы хотел сказать еще несколько слов по поводу демо-приложения. Оно имеет 4 окна свойств, каждое из которых может быть активировано из меню "Properties". Коротко опишу назначение каждого из окон:

• Material properties. Это окошко позволяет изменить свойства материала поверхности функции: диффузионную (diffuse), окружающую (ambient), излучательную (emissive) и зеркальную (specular) компоненты, а также мощность отражения (specular power).

• Light properties. Сцена освещена одним параллельным источником света. Вы можете изменить любую из составляющих спектра света. Кроме того, можно скорректировать направление света.

• Background color. Это всего-навсего цвет, используемый для очистки каждого нового кадра. Вы можете выбрать любой цвет фона по Вашему усмотрению.

• Function type. Вы можете выбрать одну из трех функций: Splash-функцию, плоскость или параболоид.

Все значения в окнах свойств редактируются с помощью трэкбаров. 0 – минимальное значение, 1 – максимальное. Минимальному значению соответствует нижнее положение трэкбара, максимальному – верхнее.

ПРИМЕЧАНИЕ

DirectX, Direct3D, Windows, Microsoft являются торговыми марками компании Microsoft. Все права защищены. OpenGL является торговой маркой фирмы Silicon Graphics Inc. Все права защищены.