Directx11教程(4) 一個最基本D3D應用程序(2)
接著上篇教程的代碼，本篇加入基本的D3D代碼，實現一個完整的D3D11程序框架。
我們增加一個新類D3DClass, 用來處理3D渲染功能。增加該類後，程序的框架如下圖：
GraphicsClass.h代碼改變如下, 主要是增加了一個D3DClass類成員變量，在Render函數中，將會調用D3DClass的相應Render函數，比如BeginScene、EndScene，BeginScene主要是清除framebuffer，設置渲染背景顏色，而EndScene則是把交換前後緩沖，使當前渲染的內容在屏幕上顯示出來。
class GraphicsClass
{
…
private:
bool Render();
//定義一個D3DClass類成員變量
D3DClass* m_D3D;
};
GraphicsClass.cpp的代碼如下：
#include "GraphicsClass.h"
GraphicsClass::GraphicsClass(void)
{
m_D3D = 0;
}
bool GraphicsClass:: Initialize(int screenWidth, int screenHeight, HWND hwnd)
{
bool result;
// 創建一個D3DClass對象.
m_D3D = new D3DClass;
if(!m_D3D)
{
return false;
}
// 調用D3DClass初始化函數
result = m_D3D->Initialize(screenWidth, screenHeight, VSYNC_ENABLED, hwnd, FULL_SCREEN, SCREEN_DEPTH, SCREEN_NEAR);
if(!result)
{
MessageBox(hwnd, L"Could not initialize Direct3D", L"Error", MB_OK);
return false;
}
return true;
}
void GraphicsClass::Shutdown()
{
//銷毀m_D3D對象
if(m_D3D)
{
m_D3D->Shutdown();
delete m_D3D;
m_D3D = 0;
}
return;
}
bool GraphicsClass::Frame()
{
bool result;
//調用Render函數，渲染3D場景
//Render是GraphicsClass的私有函數.
result = Render();
if(!result)
{
return false;
}
return true;
}
bool GraphicsClass::Render()
{
// 設置framebuffer為淺藍色
m_D3D->BeginScene(00f, 0.0f, 0.5f, 1.0f);
//把framebuffer中的圖像present到屏幕上.
m_D3D->EndScene();
return true;
}
Initialize函數，來初始化D3D11設備，設置相關狀態。
初始化D3D的代碼主要包括以下幾個步驟：
1. 創建一個交換鏈(swapchain)描述變量,該變量包括後緩沖的設置(大小，格式）等。
2. 通過函數D3D11CreateDeviceAndSwapChain創建D3D11 設備和上下文設備(註：在D3D10中，只有一個device)。
3. 創建一個渲染目標視圖指向後緩沖。
4. 創建深度、模版緩沖以及相應的視圖。
5. 創建深度、模版狀態並在OM(輸出合並)階段綁定到管線。
6. 創建並設置渲染狀態。
7. 設置視口。
設備創建後，我們可以通過ClearRenderTargetView(m_renderTargetView, color); 函數來清除幀緩沖(即設置渲染背景），ClearDepthStencilView(m_depthStencilView, D3D11_CLEAR_DEPTH, 1.0f, 0);函數清除深度模版緩沖，然後開始渲染3D場景，渲染完成後，我們還要用Present函數把後緩沖內容顯示到輸出設備上。
在D3D中，我們使用雙緩沖的概念(也可以設置多個後緩沖，但我從來只設置1個),前緩沖就是屏幕上現在顯示的內容，後緩沖是現在正在渲染的內容。使用兩個緩沖，可以保證渲染的內容完整，避免屏幕上顯示不完整的渲染圖像。當渲染完成時候，我們交換前後緩沖（這個概念在D3D中稱作present，在opengl中叫做swapbuffer)，後緩沖成為前緩沖，前緩沖成為後緩沖，這樣，後緩沖的內容就在屏幕上顯示，而下一幀的內容則輸出到前一幀前緩沖(現在的後緩沖)。
在D3D11中，我們在很多地方使用2D紋理，除了紋理圖像外，後緩沖，深度緩沖等等都用2D紋理表示。2D紋理可以看作一副存儲數據的二維圖像。當然，它還有更多的功能，比如mipmaps層，實施濾波和多采樣操作等等。
紋理數據通常為以下幾種格式：
DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT : 每個元素包括3個32位浮點數。
DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM : 每個元素有4個16位分量，每個分量都被映射到[0, 1] 範圍，UNORM表示無符號歸一化。
DXGI_FORMAT_R32G32_UINT: 每個元素有2個32位無符號整數。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM :每個元素有4個8位無符號整數，被映射到 [0,1] 範圍。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SNORM : 每個元素有4個8位有符號分量，被映射到[ -1, 1]範圍。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SINT: 每個元素有4個8位有符號整數，被映射到[ ? 128, 127] 範圍。
D3D 初始化的代碼主要在D3DClass的初始化函數中，需要註意的取得顯卡的刷新率主要是設置垂直同步時使用：
//Initialize函數包含完成D3D設置的所有代碼。
bool D3DClass::Initialize(int screenWidth, int screenHeight, bool vsync, HWND hwnd, bool fullscreen,
float screenDepth, float screenNear)
{
HRESULT result;
IDXGIFactory* factory;
IDXGIAdapter* adapter;
IDXGIOutput* adapterOutput;
unsigned int numModes, i, numerator, denominator, stringLength;
DXGI_MODE_DESC* displayModeList;
DXGI_ADAPTER_DESC adapterDesc;
int error;
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC swapChainDesc;
D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
ID3D11Texture2D* backBufferPtr;
D3D11_TEXTURE2D_DESC depthBufferDesc;
D3D11_DEPTH_STENCIL_DESC depthStencilDesc;
D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC depthStencilViewDesc;
D3D11_RASTERIZER_DESC rasterDesc;
D3D11_VIEWPORT viewport;
float fieldOfView, screenAspect;
// 保存垂直同步設置
m_vsync_enabled = vsync;
// 創建一個DirectX graphics interface factory.
result = CreateDXGIFactory(__uuidof(IDXGIFactory), (void**)&factory);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 用接口工廠創建一個主顯卡的適配
result = factory->EnumAdapters(0, &adapter);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 得到主適配器的輸出.
result = adapter->EnumOutputs(0, &adapterOutput);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//得到適合 DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM 的顯示模式.
result = adapterOutput->GetDisplayModeList(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_ENUM_MODES_INTERLACED, &numModes, NULL);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
displayModeList = new DXGI_MODE_DESC[numModes];
if(!displayModeList)
{
return false;
}
// 保存顯示模式到displayModeList中
result = adapterOutput->GetDisplayModeList(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_ENUM_MODES_INTERLACED, &numModes, displayModeList);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//遍歷所有顯示模式，得到刷新率兩個參數值numerator 和 denominator
for(i=0; i<numModes; i++)
{
if(displayModeList[i].Width == (unsigned int)screenWidth)
{
if(displayModeList[i].Height == (unsigned int)screenHeight)
{
numerator = displayModeList[i].RefreshRate.Numerator;
denominator = displayModeList[i].RefreshRate.Denominator;
}
}
}
// 得到顯卡描述
result = adapter->GetDesc(&adapterDesc);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 保存顯存大小.
m_videoCardMemory = (int)(adapterDesc.DedicatedVideoMemory / 1024 / 1024);
//保存顯卡描述串
//wcstombs_s, wide char轉化為char
error = wcstombs_s(&stringLength, m_videoCardDescription, 128, adapterDesc.Description, 128);
if(error != 0)
{
return false;
}
// 釋放顯示模式列表
delete [] displayModeList;
displayModeList = 0;
//釋放適配器輸出.
adapterOutput->Release();
adapterOutput = 0;
//釋放適配器
adapter->Release();
adapter = 0;
// 釋放接口工廠.
factory->Release();
factory = 0;
// 初始化交換鏈描述
ZeroMemory(&swapChainDesc, sizeof(swapChainDesc));
// 用1個後緩沖
swapChainDesc.BufferCount = 1;
//幀緩沖的大小和應用程序窗口大小相等
swapChainDesc.BufferDesc.Width = screenWidth;
swapChainDesc.BufferDesc.Height = screenHeight;
// 後緩沖的surface的格式為DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
// surface的每個像素用4個無符號的8bit[映射到0-1]來表示。NORM表示歸一化
swapChainDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
// 如果使用垂直同步，設置後緩沖的刷新率
//刷新率就是一秒鐘把後緩沖內容在屏幕上畫出的次數
//如果開啟垂直同步，則鎖定刷新率，則fps是固定的
if(m_vsync_enabled)
{
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = numerator;
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = denominator;
}
else
{
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 0;
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
}
// 設置後緩沖的用途
// 我們的渲染目標緩沖為後緩沖
swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
// 後緩沖輸出的窗口句柄
swapChainDesc.OutputWindow = hwnd;
// 不使用多重采樣
swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;
swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
// 設置全屏或者窗口模式
if(fullscreen)
{
swapChainDesc.Windowed = false;
}
else
{
swapChainDesc.Windowed = true;
}
// 設定掃描線ordering以及縮放為unspecified
swapChainDesc.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
swapChainDesc.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;
// 後緩沖內容呈現到屏幕後，放棄其內容
swapChainDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;
//不設置標誌
swapChainDesc.Flags = 0;
// 設置feature level為D3D11
// 如果顯卡不支持D3D11,我們能夠通過設置這個參數，使用D3D10,或者9
featureLevel = D3D_FEATURE_LEVEL_11_0;
// 創建交換鏈，設備以及設備上下文
result = D3D11CreateDeviceAndSwapChain(NULL, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, NULL, 0, &featureLevel, 1,
D3D11_SDK_VERSION, &swapChainDesc, &m_swapChain, &m_device, NULL, &m_deviceContext);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
說明：在本教程代碼中，我們同時創建device和swapchain，可以通過兩個函數分別創建device和swapchain
D3D11CreateDevice( NULL, //默認顯卡
D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
0, //表示沒有軟件device
0, //創建設備的標誌，可以指定為D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG，可在vs中輸入調試信息
0, 0, //FeatureLevel的信息，設置為0，將使用最高的feature，也就是D3D11 feature
D3D11_SDK_VERSION, //SDK版本
&m_device,
&featureLevel, //返回現在選擇的feature level信息
&m_deviceContext
);
創建設備後，我們可以查詢到當前device支持msaa的情況，比如下面的代碼，查詢device是否支持4xaa。
UINT m4xMsaaQuality;
m_device->CheckMultisampleQualityLevels( DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, 4, &m4xMsaaQuality));
如果這個函數返回0，則表示顯示格式和采樣數量的組合硬件不支持。否則，返回有效的quality數目，有效的quality值是0-m4xMsaaQuality。
之後可以，單獨創建swapchain：
result = factory->CreateSwapChain(m_device,&swapChainDesc, &m_swapChain);
// 得到交換鏈中的後緩沖指針
result = m_swapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&backBufferPtr);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 用後緩沖創建渲染目標視圖.
result = m_device->CreateRenderTargetView(backBufferPtr, NULL, &m_renderTargetView);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//釋放後緩沖(引用計數減1)
backBufferPtr->Release();
backBufferPtr = 0;
// 初始化深度緩沖描述.
ZeroMemory(&depthBufferDesc, sizeof(depthBufferDesc));
//設置深度緩沖描述
depthBufferDesc.Width = screenWidth;
depthBufferDesc.Height = screenHeight;
depthBufferDesc.MipLevels = 1; //對於深度緩沖為1
depthBufferDesc.ArraySize = 1; //對於深度緩沖為1，對於紋理，這2個參數有更多用途
depthBufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
depthBufferDesc.SampleDesc.Count = 1;
depthBufferDesc.SampleDesc.Quality = 0;
depthBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
depthBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
depthBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
depthBufferDesc.MiscFlags = 0;
// 創建深度緩沖
result = m_device->CreateTexture2D(&depthBufferDesc, NULL, &m_depthStencilBuffer);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 初始化深度模版狀態描述
像素shader完成後，會進行深度模版測試，深度模版測試流程見：http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/p/5149729.html
ZeroMemory(&depthStencilDesc, sizeof(depthStencilDesc));
// 設置深度模版狀態描述
depthStencilDesc.DepthEnable = true;
depthStencilDesc.DepthWriteMask = D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;
//D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO禁止寫深度緩沖
depthStencilDesc.DepthFunc = D3D11_COMPARISON_LESS;
depthStencilDesc.StencilEnable = true;
depthStencilDesc.StencilReadMask = 0xFF;
depthStencilDesc.StencilWriteMask = 0xFF;
// 對於front face 像素使用的模版操作操作
depthStencilDesc.FrontFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
depthStencilDesc.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_INCR;
depthStencilDesc.FrontFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
depthStencilDesc.FrontFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;
// 對於back face像素使用的模版操作模式
depthStencilDesc.BackFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
depthStencilDesc.BackFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_DECR;
depthStencilDesc.BackFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
depthStencilDesc.BackFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;
//創建深度模版狀態
result = m_device->CreateDepthStencilState(&depthStencilDesc, &m_depthStencilState);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 設置深度模版狀態，使其生效
m_deviceContext->OMSetDepthStencilState(m_depthStencilState, 1);
// 初始化深度模版視圖.
ZeroMemory(&depthStencilViewDesc, sizeof(depthStencilViewDesc));
// 設置深度模版視圖描述.
depthStencilViewDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
depthStencilViewDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D;
depthStencilViewDesc.Texture2D.MipSlice = 0;
// 創建深度模版視圖.
result = m_device->CreateDepthStencilView(m_depthStencilBuffer, &depthStencilViewDesc, &m_depthStencilView);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 綁定渲染目標視圖和深度緩沖到渲染管線.
m_deviceContext->OMSetRenderTargets(1, &m_renderTargetView, m_depthStencilView);
// 設置光柵化描述，指定多邊形如何被渲染.
rasterDesc.AntialiasedLineEnable = false;
rasterDesc.CullMode = D3D11_CULL_BACK; //背面剔除，看不見三角形會被剔除掉。
rasterDesc.DepthBias = 0;
rasterDesc.DepthBiasClamp = 0.0f;
rasterDesc.DepthClipEnable = true;
rasterDesc.FillMode = D3D11_FILL_SOLID;
rasterDesc.FrontCounterClockwise = false;
rasterDesc.MultisampleEnable = false;
rasterDesc.ScissorEnable = false;
rasterDesc.SlopeScaledDepthBias = 0.0f;
// 創建光柵化狀態.
result = m_device->CreateRasterizerState(&rasterDesc, &m_rasterState);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//設置光柵化狀態，使其生效
m_deviceContext->RSSetState(m_rasterState);
// 設置視口，顯示全部後緩沖內容
viewport.Width = (float)screenWidth;
viewport.Height = (float)screenHeight;
viewport.MinDepth = 0.0f;
viewport.MaxDepth = 1.0f;
viewport.TopLeftX = 0.0f;
viewport.TopLeftY = 0.0f;
// 創建視口
m_deviceContext->RSSetViewports(1, &viewport);
// 設置透視投影矩陣
fieldOfView = (float)D3DX_PI / 4.0f;
screenAspect = (float)screenWidth / (float)screenHeight;
//創建透視投影矩陣
D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&m_projectionMatrix, fieldOfView, screenAspect, screenNear, screenDepth);
//初始化world矩陣為單位矩陣.
//該矩陣實現局部坐標到世界坐標的轉換
D3DXMatrixIdentity(&m_worldMatrix);
// 創建正交投影矩陣，主要用來實施2D渲染.
D3DXMatrixOrthoLH(&m_orthoMatrix, (float)screenWidth, (float)screenHeight, screenNear, screenDepth);
return true;
}
程序執行後，界面如下圖所示。
完整的代碼請參考：
工程文件myTutorialD3D11_3
代碼下載：
http://files.cnblogs.com/mikewolf2002/myTutorialD3D11.zip
Directx11教程(4) 一個最基本D3D應用程序(2)