DirectX11 With Windows SDK--01 DirectX11初始化

前言

由于个人觉得龙书里面第4章提供的Direct3D 初始化项目封装得比较好，而且DirectX SDK Samples里面的初始化程序过于精简，不适合后续使用，故选择了以Init Direct3D项目作为框架，然后还使用了微软提供的示例项目，两者结合到一起。你需要下载源码后再开始阅读。

此外，在阅读本章内容之前，你还需要先浏览下面这些内容：

章节
教程项目无法编译、运行的解决方法
HLSL语法入门
ComPtr智能指针
HR宏关于dxerr库的替代方案

这一章内容大部分属于龙书的内容，但仍有一些不同的地方，这些是跟龙书有差异的部分：

  1. ComPtr智能指针
  2. 新的HR宏
  3. D3D11.1设备的创建

学习目标：

  1. 了解组件对象模型COM与Direct3D 11的联系，以及掌握ComPtr的使用
  2. 掌握基本的图形学概念，如页面翻转、深度缓冲、多重采样
  3. 了解Direct3D设备、设备上下文，以及DXGI交换链的作用
  4. 了解Direct3D 11.x的初始化过程
  5. 了解如何新建Direct3D项目，熟悉当前项目的代码框架
  6. Win32创建窗口和高精度计时器GameTimer的实现按实际需要自行学习，教程不提及

初始化部分的框架通常比较稳定，而且第一遍看下来可能会有很多不理解的地方。可以先从第二章往后开始入手，看到一定程度后再回头看。

DirectX11 With Windows SDK完整目录

Github项目源码

欢迎加入QQ群: 727623616 可以一起探讨DX11，以及有什么问题也可以在这里汇报。

安装Visual Studio

在安装的时候需要勾选下列选项：

如何开启新项目

目前提供两种方案：

  • 从Visual Studio新建项目
  • 安装VS，但使用Visual Studio Code + CMake的方案建立项目

使用Visual Studio Code + CMake

这种方式仍需要你先安装好Visual Studio，如果你考虑使用RenderDoc作为图形调试器，又或者对CMake比较熟悉的话可以尝试。

首先直接在扩展中安装C/C++ Extension Pack，里面包含我们需要用到的一些插件

新建一个空文件夹，然后在VSCode中打开

然后新建一个CMakeLists.txt。下面提供一个DX项目模板的cmake：

cmake_minimum_required (VERSION 3.14)

# ------------------------------------------------------------------------------
# 用户配置
# ------------------------------------------------------------------------------
# 设置解决方案名
project("DirectX11 Test")
# 设置项目名(不能有空格)
set(TARGET_NAME "DirectX11_Test")
# 设置HLSL文件的存放位置
set(HLSL_DIR "HLSL")
# Win7系统设置为ON
set(WIN7_SYSTEM OFF)
# 如果需要编译期编译着色器，设置为ON
# 要求着色器命名格式为：ShaderName_ShaderType.hlsl
# ShaderType为右边任意一种：VS, vs, HS, hs, DS, ds, GS, gs, PS, ps, CS, cs
set(SHADER_STATIC_COMPILE OFF)
# 使用ImGui时设置为ON
# 需要将项目中的ImGui文件夹复制进来，保留*.h/*.cpp/CMakeLists.txt
set(USE_IMGUI OFF)
# 使用Assimp时设置为ON
# 需要将解压的assimp文件夹内CMakeList.txt所在的全部文件复制到当前项目的Assimp文件夹内
set(USE_ASSIMP OFF)

# ------------------------------------------------------------------------------
# 项目细节配置(需熟悉CMake)
# ------------------------------------------------------------------------------
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17) 
add_compile_definitions(UNICODE _UNICODE)
if (${WIN7_SYSTEM})
    add_compile_definitions(_WIN32_WINNT=0x601)
endif()
add_compile_options("$<$<CXX_COMPILER_ID:MSVC>:/utf-8>")
file(COPY ${HLSL_DIR} DESTINATION ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
file(GLOB HLSL_FILES ${HLSL_DIR}/*.hlsl)
file(GLOB HEADER_FILES ./*.h)

aux_source_directory(. DIR_SRCS)

add_executable(${TARGET_NAME} WIN32 ${DIR_SRCS} ${HEADER_FILES})
target_link_libraries(${TARGET_NAME} d3d11.lib dxgi.lib dxguid.lib D3DCompiler.lib winmm.lib d2d1.lib dwrite.lib)
source_group("HLSL Files" FILES ${HLSL_FILES})
file(COPY ${HLSL_DIR} DESTINATION ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
# 输出文件名
set_target_properties(${TARGET_NAME} PROPERTIES OUTPUT_NAME ${TARGET_NAME})
set_target_properties(${TARGET_NAME} PROPERTIES RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY_DEBUG ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
set_target_properties(${TARGET_NAME} PROPERTIES RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY_RELEASE ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})

if (${SHADER_STATIC_COMPILE})
    target_sources(${TARGET_NAME} PRIVATE ${HLSL_FILES})
    file(GLOB HLSL_FILES ${HLSL_DIR}/*.hlsl)
    foreach(HLSL_FILE ${HLSL_FILES})
        get_filename_component(HLSL_FDIR ${HLSL_FILE} DIRECTORY)
        get_filename_component(HLSL_FBASENAME_WE ${HLSL_FILE} NAME_WE)
        string(CONCAT HLSL_FNAME_WE ${HLSL_FDIR} / ${HLSL_FBASENAME_WE})
        string(LENGTH ${HLSL_FBASENAME_WE} LEN_FNAME_WE)
        math(EXPR LEN_FNAME_WE "${LEN_FNAME_WE}-2")
        string(SUBSTRING ${HLSL_FBASENAME_WE} ${LEN_FNAME_WE} 2 ENTRY_POINT)
        string(TOLOWER ${ENTRY_POINT} SHADER_TYPE)
        if ("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "vs") 
            set(SHADER_TYPE "Vertex")
        elseif("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "hs") 
            set(SHADER_TYPE "Hull")
        elseif("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "ds") 
            set(SHADER_TYPE "Domain")
        elseif("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "gs") 
            set(SHADER_TYPE "Geometry")
        elseif("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "ps")
            set(SHADER_TYPE "Pixel")
        elseif("${SHADER_TYPE}" STREQUAL "cs")
            set(SHADER_TYPE "Compute")
        endif()
        set_source_files_properties(${HLSL_FILE} PROPERTIES
                                    VS_SHADER_OBJECT_FILE_NAME HLSL/${HLSL_FBASENAME_WE}.cso
                                    VS_SHADER_TYPE ${SHADER_TYPE}
                                    VS_SHADER_MODEL 5.0
                                    VS_SHADER_ENTRYPOINT ${ENTRY_POINT}
                                    VS_SHADER_DISABLE_OPTIMIZATIONS $<$<CONFIG:Debug>:true>
                                    VS_SHADER_ENABLE_DEBUG $<$<CONFIG:Debug>:true>)
    endforeach()
endif()

if (${USE_IMGUI})
    add_subdirectory(ImGui)
    target_compile_definitions(${TARGET_NAME} PRIVATE USE_IMGUI)
    target_link_libraries(${TARGET_NAME} ImGui)
    file(COPY imgui.ini DESTINATION ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
endif()

if (${USE_ASSIMP})
    set(ASSIMP_BUILD_ZLIB ON)
    set(ASSIMP_BUILD_ASSIMP_TOOLS OFF)
    set(ASSIMP_BUILD_TESTS OFF)
    set(ASSIMP_INSTALL OFF)
    set(BUILD_SHARED_LIBS OFF)
    set(ASSIMP_INJECT_DEBUG_POSTFIX OFF)
    add_subdirectory("assimp")
    target_link_libraries(${TARGET_NAME} assimp)
endif()

将源代码放进文件夹，着色器放入HLSL文件夹内。上述CMakeList对应的目录结构为：

DirectX11 Test
|-HLSL
|-ImGui
|-Assimp
|-CMakeLists.txt
|-GameApp.h
|-GameApp.cpp
|-...

然后ctrl + shift + P调出用于执行命令的输入框，找到CMake：快速入门，然后根据你安装的VS版本选择toolkit，若本机为64位，直接选择amd64版本的。每次修改cmake后需要保存，然后cmake就会自动运行并生成VS项目(但不需要打开)。在下方的菜单栏选择build会编译项目。编译成功后就可以调试或运行了。

从Visual Studio新建项目

新建项目从Windows桌面向导开始：

在填写好项目名称后，点击创建会弹出这样一个子窗口。我们需要按下图的方式操作来创建出一个空项目的桌面应用程序，最后点击确定即可：

以项目01为例，现在你可以尝试将本教程项目01中用到的所有头文件和源文件复制到你的项目目录，再把它们拖进你的项目中。

链接静态库

可以在d3dApp.h添加下面的语句：

#pragma comment(lib, "d3d11.lib")
#pragma comment(lib, "dxgi.lib")
#pragma comment(lib, "dxguid.lib")
#pragma comment(lib, "D3DCompiler.lib")
#pragma comment(lib, "winmm.lib")

也可以在项目属性-链接器-输入-附加依赖项 添加上面的库。

移除你的项目中有关DX SDK的库路径和包含路径

如果你曾经用过DX SDK来编写DX项目，务必要把你之前配置的DX SDK库路径和包含路径给清理掉，使用项目默认的库路径和包含路径！

字符集设置为Unicode

在项目属性页中可以直接进行修改。当然现在比较新的VS都默认使用Unicode字符集。

Win7系统下的额外配置

由于Win10 SDK中的某些函数在Win7是不支持的，我们还需要在属性页-配置属性-C/C++ -预处理器中，添加预处理器定义以限制API集合：_WIN32_WINNT=0x601

文件本身的编码设置及编译时编码识别

  • 通常从VS新建的头文件/源文件代码页为简体中文(GB2312)-代码页936。在所有文件代码页都为936的情况下，可以使用中文
  • VS在看到Unicode(UTF-8有签名)-代码页65001编码的文件时，可以根据文件头信息识别为UTF-8文件，否则当做为当前代码页
  • 使用Unicode(UTF-8无签名)-代码页65001编码的文件由于VS看不到UTF-8文件头，会当做当前代码页，中文内容识别不出来，需要编译时强制指定以utf-8的编码的形式读取

在项目属性页-C/C++ -命令行中添加/utf-8来强制指定代码页

当前所给项目下的绝大部分*.cpp, *.h, *.hlsl, *.hlsli使用的文件编码为Unicode(UTF-8无签名)-代码页65001

但从VS创建出来的文件默认编码是ANSI编码（详细的为简体中文(GB2312)-代码页936），需要对非UTF-8无签名编码的文件进行转码。种比较麻烦的方法是，在解决方案资源管理器中选中指定文件后，点击文件-另存为-编码保存，最后找到Unicode(UTF-8无签名)-代码页65001保存即可。

还有一种办法是在VS安装扩展。在扩展-管理扩展，然后找到Force UTF-8(No BOM)安装：

安装该插件后，在你保存代码的时候就会强制修改文件编码为UTF-8了。

注意：HLSL编译器使用的是ANSI编码，使用UTF-8编码的HLSL文件如果只是注释为中文还是没有问题的，但不能在代码部分出现中文，否则编译不通过。

子系统问题

如果你是直接用空项目的模板创建的项目，那很可能会遇到下面的问题：

因为默认的空项目指定的子系统有可能是未明确，也可能是控制台（用的是传统的int main()型函数而不是WinMain）。为此还需要修改项目配置。

安装HLSL扩展

点击菜单栏扩展-管理扩展，搜索HLSL Tools for Visual Studio并安装，这样后续查看、编写HLSL文件就拥有了更加丰富的代码高亮和提示。

项目结构

现在把目光拉回到我们的教程项目。目前项目中包含头文件的具体功能如下：

头文件 功能
d3dApp.h Direct3D应用程序框架类
d3dUtil.h 包含一些常用头文件及自己编写的函数
DXTrace.h 包含了HR宏与DXTraceW函数
GameApp.h 游戏应用程序扩展类，游戏逻辑在这里实现，继承自D3DApp类
GameTimer.h 游戏计时器类

其中d3dApp类和GameTimer类是龙书源码提供的，我们可以搬运过来，但是对d3dApp框架类我们还需要进行大幅度修改，毕竟我们的最终目的就是要完全脱离旧的DirectX SDK，使用Windows SDK来实现DX11。修改完成后，d3dApp就几乎已经定型而不需要我们操心了。

GameApp类则是我们编写游戏逻辑的地方，这里需要进行逐帧的更新及绘制。

D3DApp框架类

D3DApp.h展示了框架类的声明，这里的接口类指针全部换上了ComPtr智能指针：

class D3DApp
{
public:
    D3DApp(HINSTANCE hInstance);              // 在构造函数的初始化列表应当设置好初始参数
    virtual ~D3DApp();

    HINSTANCE AppInst()const;                 // 获取应用实例的句柄
    HWND      MainWnd()const;                 // 获取主窗口句柄
    float     AspectRatio()const;             // 获取屏幕宽高比

    int Run();                                // 运行程序，进行游戏主循环

                                              // 框架方法。客户派生类需要重载这些方法以实现特定的应用需求
    virtual bool Init();                      // 该父类方法需要初始化窗口和Direct3D部分
    virtual void OnResize();                  // 该父类方法需要在窗口大小变动的时候调用
    virtual void UpdateScene(float dt) = 0;   // 子类需要实现该方法，完成每一帧的更新
    virtual void DrawScene() = 0;             // 子类需要实现该方法，完成每一帧的绘制
    virtual LRESULT MsgProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
    // 窗口的消息回调函数
protected:
    bool InitMainWindow();       // 窗口初始化
    bool InitDirect3D();         // Direct3D初始化

    void CalculateFrameStats();  // 计算每秒帧数并在窗口显示

protected:

    HINSTANCE m_hAppInst;        // 应用实例句柄
    HWND      m_hMainWnd;        // 主窗口句柄
    bool      m_AppPaused;       // 应用是否暂停
    bool      m_Minimized;       // 应用是否最小化
    bool      m_Maximized;       // 应用是否最大化
    bool      m_Resizing;        // 窗口大小是否变化
    bool      m_Enable4xMsaa;    // 是否开启4倍多重采样
    UINT      m_4xMsaaQuality;   // MSAA支持的质量等级


    GameTimer m_Timer;           // 计时器

    // 使用模板别名(C++11)简化类型名
    template <class T>
    using ComPtr = Microsoft::WRL::ComPtr<T>;
    // Direct3D 11
    ComPtr<ID3D11Device> m_pd3dDevice;                    // D3D11设备
    ComPtr<ID3D11DeviceContext> m_pd3dImmediateContext;   // D3D11设备上下文
    ComPtr<IDXGISwapChain> m_pSwapChain;                  // D3D11交换链
    // Direct3D 11.1
    ComPtr<ID3D11Device1> m_pd3dDevice1;                  // D3D11.1设备
    ComPtr<ID3D11DeviceContext1> m_pd3dImmediateContext1; // D3D11.1设备上下文
    ComPtr<IDXGISwapChain1> m_pSwapChain1;                // D3D11.1交换链
    // 常用资源
    ComPtr<ID3D11Texture2D> m_pDepthStencilBuffer;        // 深度模板缓冲区
    ComPtr<ID3D11RenderTargetView> m_pRenderTargetView;   // 渲染目标视图
    ComPtr<ID3D11DepthStencilView> m_pDepthStencilView;   // 深度模板视图
    D3D11_VIEWPORT m_ScreenViewport;                      // 视口

    // 派生类应该在构造函数设置好这些自定义的初始参数
    std::wstring m_MainWndCaption;                        // 主窗口标题
    int m_ClientWidth;                                    // 视口宽度
    int m_ClientHeight;                                   // 视口高度
};

而在d3dApp.cpp中，可以看到有一个全局变量g_pd3dApp：

namespace
{
    // This is just used to forward Windows messages from a global window
    // procedure to our member function window procedure because we cannot
    // assign a member function to WNDCLASS::lpfnWndProc.
    D3DApp* g_pd3dApp = 0;
}

设置该全局变量是因为在窗口创建的时候需要绑定一个回调函数，受到回调函数指针类型的限制，我们不可以绑定d3dApp::MainWndProc的成员方法，所以还需要实现一个全局函数用于回调函数的绑定：

LRESULT CALLBACK
MainWndProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    // Forward hwnd on because we can get messages (e.g., WM_CREATE)
    // before CreateWindow returns, and thus before m_hMainWnd is valid.
    return g_pd3dApp->MsgProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
}

D3DApp::InitWindow和D3DApp::MsgProc涉及到Win32 初始化的方法目前在这里不做过多描述，因为这不是教程的重点部分，但后续可能还要回头修改这两个方法。有兴趣的可以去MSDN查阅这些函数和结构体的信息。

Direct3D初始化

注意当前项目使用的是d3d11_1.h头文件

Direct3D初始化阶段首先需要创建D3D设备和D3D设备上下文

D3D设备（ID3D11Device）通常代表一个显示适配器（即显卡），它最主要的功能是用于创建各种所需资源，最常用的资源有：资源类（ID3D11Resource, 包含纹理和缓冲区），视图类以及着色器。此外，D3D设备还能够用于检测系统环境对功能的支持情况。

D3D设备上下文(ID3D11DeviceContext)可以看做是一个渲染管线。通常我们在创建D3D设备的同时也会附赠一个立即设备上下文(Immediate Context)。一个D3D设备仅对应一个D3D立即设备上下文，并且只要我们拥有其中一方，就能通过各自的方法获取另一方（即ID3D11Device::GetImmediateContext和ID3D11DeviceContext::GetDevice）。渲染管线主要负责渲染和计算工作，它需要绑定来自与它关联的D3D设备所创建的各种资源、视图和着色器才能正常运转，除此之外，它还能够负责对资源的直接读写操作。

如果你的系统支持Direct3D 11.1的话，则对应的接口类为：ID3D11Device1、ID3D11DeviceContext1，它们分别继承自上面的两个接口类，区别在于额外提供了少数新的接口，并且接口方法的实现可能会有所区别。

现在，我们从D3DApp::InitDirect3D方法开始，一步步进行分析。

D3D设备与D3D设备上下文的创建

D3D11CreateDevice函数--创建D3D设备与D3D设备上下文

创建D3D设备、D3D设备上下文使用如下函数：

HRESULT WINAPI D3D11CreateDevice(
    IDXGIAdapter* pAdapter,             // [In_Opt]适配器
    D3D_DRIVER_TYPE DriverType,         // [In]驱动类型
    HMODULE Software,                   // [In_Opt]若上面为D3D_DRIVER_TYPE_SOFTWARE则这里需要提供程序模块
    UINT Flags,                         // [In]使用D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG枚举类型
    D3D_FEATURE_LEVEL* pFeatureLevels,  // [In_Opt]若为nullptr则为默认特性等级，否则需要提供特性等级数组
    UINT FeatureLevels,                 // [In]特性等级数组的元素数目
    UINT SDKVersion,                    // [In]SDK版本，默认D3D11_SDK_VERSION
    ID3D11Device** ppDevice,            // [Out_Opt]输出D3D设备
    D3D_FEATURE_LEVEL* pFeatureLevel,   // [Out_Opt]输出当前应用D3D特性等级
    ID3D11DeviceContext** ppImmediateContext ); //[Out_Opt]输出D3D设备上下文
  1. 关于pAdapter(显示适配器)，我们可以将它看做是对显示卡设备的一层封装，通过该参数，我们可以指定需要使用哪个显示卡设备。通常该参数我们设为nullptr，这样就可以交由上层驱动来帮我们决定使用哪个显卡，或者在NVIDIA控制面板来设置当前程序要使用哪个显卡。如果想要在应用层决定，使用IDXGIFactory::EnumAdapters方法可以枚举当前可用的显示卡设备。在最底下的练习题你将学会如何指定显示卡设备来创建Direct3D 11.x设备。
  2. DriverType则指定了驱动类型，不过通常大多数情况都会支持D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE，以享受硬件加速带来的效益。现在我们建立一个驱动数组，然后自己通过for循环的方式进行轮询：
// 驱动类型数组
D3D_DRIVER_TYPE driverTypes[] =
{
    D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,       // 硬件驱动
    D3D_DRIVER_TYPE_WARP,           // WARP驱动
    D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE,      // 软件驱动
};
UINT numDriverTypes = ARRAYSIZE(driverTypes);

如果D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE不支持，则需要自己通过循环的形式再检查D3D_DRIVER_TYPE_WARP是否支持。通常虚拟机环境下是不支持硬件驱动的。

关于D3D_DRIVER_TYPE的详细描述，可以去查阅MSDN官方文档详细了解一下。

  1. Flags对应的是D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG枚举值，如果需要D3D设备调试的话(在Debug模式下)，可以指定D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG枚举值。指定该值后，可以在出现程序异常的时候观察调试输出窗口的信息。
  2. pFeatureLevels是一个特性等级数组，通过函数内部进行轮询以检测所支持的特性等级：
// 特性等级数组
D3D_FEATURE_LEVEL featureLevels[] =
{
    D3D_FEATURE_LEVEL_11_1,
    D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,
};
UINT numFeatureLevels = ARRAYSIZE(featureLevels);

注意：如果你的系统支持Direct3D 11.1的API，却把pFeatureLevels设置为nullptr，D3D11CreateDevice将创建出特性等级为D3D_FEATURE_LEVEL_11_0的设备。而如果你的系统不支持Direct3D 11.1的API，D3D11CreateDevice会立即停止特性数组的轮询并返回E_INVALIDARG。为此，你必须要从D3D_FEATURE_LEVEL_11_0或更低特性等级开始轮询。

在Win10, Win8.x 或 Win7 SP1且安装了KB2670838补丁的系统都支持Direct3D 11.1的API，而纯Win7系统仅支持Direct3D 11的API

从上面的描述我们可以得知，特性等级和D3D设备的版本并不是互相对应的：

1. 特性等级的支持情况取决于当前使用的显示适配器，只要显示适配器支持某一特性等级，意味着它能够支持该特性等级下的统一功能（如特性等级11.0支持纹理宽高最大为16384，而10.1仅支持纹理宽高最大为8192）

2. D3D设备的版本取决于所处的系统（有时候可以打特定的系统补丁来支持高版本的DX，比如让Win7支持DX12的部分）

点此可以查看Direct3D特性等级

由于该函数可以创建Direct3D 11.0或更高子版本的D3D设备与设备上下文，但都统一输出ID3D11Device和ID3D11DeviceContext。如果想要查看是否支持Direct3D 11.1的API，可以使用下面的方式：

ComPtr<ID3D11Device1> m_pd3dDevice1;
HRESULT hr = m_pd3dDevice.As(&m_pd3dDevice1);

同理，想要查看是否支持Direct3D 11.2的API，则可以这样：

ComPtr<ID3D11Device2> m_pd3dDevice2;
HRESULT hr = m_pd3dDevice.As(&m_pd3dDevice2);

由于每个电脑的显示卡设备情况有所差异，该教程采用的是默认显示卡（如果你是在笔记本上运行，有可能会用到集成显卡），而不是指定显示卡：

HRESULT hr = S_OK;

// 创建D3D设备 和 D3D设备上下文
UINT createDeviceFlags = 0;
#if defined(DEBUG) || defined(_DEBUG)  
createDeviceFlags |= D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG;
#endif
// 驱动类型数组
D3D_DRIVER_TYPE driverTypes[] =
{
    D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
    D3D_DRIVER_TYPE_WARP,
    D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE,
};
UINT numDriverTypes = ARRAYSIZE(driverTypes);

// 特性等级数组
D3D_FEATURE_LEVEL featureLevels[] =
{
    D3D_FEATURE_LEVEL_11_1,
    D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,
};
UINT numFeatureLevels = ARRAYSIZE(featureLevels);

D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
D3D_DRIVER_TYPE d3dDriverType;
for (UINT driverTypeIndex = 0; driverTypeIndex < numDriverTypes; driverTypeIndex++)
{
    d3dDriverType = driverTypes[driverTypeIndex];
    hr = D3D11CreateDevice(nullptr, d3dDriverType, nullptr, createDeviceFlags, featureLevels, numFeatureLevels,
        D3D11_SDK_VERSION, m_pd3dDevice.GetAddressOf(), &featureLevel, m_pd3dImmediateContext.GetAddressOf());

    if (hr == E_INVALIDARG)
    {
        // Direct3D 11.0 的API不承认D3D_FEATURE_LEVEL_11_1，所以我们需要尝试特性等级11.0以及以下的版本
        hr = D3D11CreateDevice(nullptr, d3dDriverType, nullptr, createDeviceFlags, &featureLevels[1], numFeatureLevels - 1,
            D3D11_SDK_VERSION, m_pd3dDevice.GetAddressOf(), &featureLevel, m_pd3dImmediateContext.GetAddressOf());
    }

    if (SUCCEEDED(hr))
        break;
}

if (FAILED(hr))
{
    MessageBox(0, L"D3D11CreateDevice Failed.", 0, 0);
    return false;
}

// 检测是否支持特性等级11.0或11.1
if (featureLevel != D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 && featureLevel != D3D_FEATURE_LEVEL_11_1)
{
    MessageBox(0, L"Direct3D Feature Level 11 unsupported.", 0, 0);
    return false;
}

// 检测 MSAA支持的质量等级
m_pd3dDevice->CheckMultisampleQualityLevels(
    DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, 4, &m_4xMsaaQuality);
assert(m_4xMsaaQuality > 0);

注意：

  1. 支持特性等级11_0的显示适配器必然支持所有渲染目标纹理格式的4倍多重采样
  2. 即便m_4xMsaaQuality的返回值为1，也不一定就是没法启动4倍多重采样，该成员只是代表模式的种类数目

DXGI初始化

多重采样

由于屏幕中显示的像素不可能是无穷小的，所以并不是任意一条直线都能在显示器上“平滑”而完美地呈现出来。如下图所示的上一条直线，因为它的每个像素的宽高较大，显示出来的直线会有明显的锯齿感。因此我们说这条直线是走样的。

虽然说提高像素的分辨率能够缩小像素的大小，但还有一种办法，就是采用各种反走样（antialiasing）技术。

例如，超采样技术使用4倍（宽度x2，高度x2）于屏幕分辨率大小的后备缓冲区和深度缓冲区。当数据要从后备缓冲区调往屏幕显示的时候，会将后备缓冲区按4个像素一组进行解析（resolve，或称降采样，downsample）。通过求平均值的方法，把放大的采样点数降低回原采样点数来得到一种相对平滑的像素颜色。超采样不仅需要原来4倍的内存空间，还需要4倍的绘制开销和额外的解析开销，用空间和时间来换取画面的分辨率。

而Direct3D还支持一种在性能和效果等方面都较为折中的反走样技术，即多重采样（multisample，或MSAA，全称MultiSample Anti-Aliasing）技术。现在假设我们使用4X多重采样（原来的1个像素对应现在的2x2像素），则他同样使用4倍于游戏分辨率的后备缓冲区和深度缓冲区（注意我们在创建后备缓冲区的时候是指定分辨率而不是指定缓冲区宽高）。跟上面那种方法不同，对每个2x2像素，我们是对这四个像素的中心位置仅采样一次，然后再对这4个像素基于可视性（深度/模板测试）和覆盖性（这些子像素的中心是否在多边形的里面）来决定是否把采样的颜色赋值给它。最后的解析行为则和超采样的一致。这种做法节省了绘制开销，虽然精准度没上面的高，但也能取得比较不错的效果。

页面翻转

为了避免动画中出现画面闪烁的现象，最好将动画帧完整地绘制在一种称为后备缓冲区（back buffer）的离屏纹理内。这样观者就不会察觉出帧的绘制过程而只看到完整的动画帧。而前台缓冲区（front buffer）则为当前显示在屏幕上的动画帧，它的构造和后备缓冲区是一样的。通过硬件可以做到，在后备缓冲区的动画帧绘制完成后，通过指针交换的形式，将原来的后备缓冲区变为前台缓冲区，而前台缓冲区则变成下一帧待绘制的后备缓冲区。这种做法避免了内容上的拷贝，有效提升效率。这种翻转操作是在桌面窗口管理器（DWM）内实现的。

DXGI交换链

DXGI交换链(IDXGISwapChain)缓存了一个或多个表面(2D纹理)，它们都可以称作后备缓冲区(backbuffer)。后备缓冲区则是我们主要进行渲染的场所，我们可以将这些缓冲区通过合适的手段成为渲染管线的输出对象。在进行呈现(Present)的时候有两种方法：

  1. BitBlt Model(位块传输模型)：将后备缓冲区的数据进行BitBlt(位块传输，即内容上的拷贝)，传入到DWM与DX共享的后备缓冲区，然后进行翻转以显示其内容。使用这种模型至少需要一个后备缓冲区。事实上，这也是Win32应用程序最常使用的方式，在进行呈现后，渲染管线仍然是对同一个后备缓冲区进行输出。（支持Windows 7及更高版本）
  2. Flip Model(翻转模型)：该模型可以避免上一种方式多余的复制，后备缓冲区表面可以直接与DWM内的前台缓冲区进行翻转。但是需要创建至少两个后备缓冲区，并且在每次完成呈现后通过代码切换到另一个后备缓冲区进行渲染。该模型可以用于Win32应用程序以及UWP应用程序（需要DXGI1.2，支持Windows 8及更高版本）

注意：考虑到要兼容Win7系统，而且由于我们编写的是Win32应用程序，因此这里使用的是第一种模型。同时这也是绝大多数教程所使用的。对第二种感兴趣的可以了解下面的链接：

DXGI翻转模型

接下来我们需要了解D3D与DXGI各版本的对应关系，这十分重要：

Direct3D API支持版本 对应包含DXGI版本 对应DXGI接口 可枚举的显示适配器 可创建的交换链
Direct3D 11.1 DXGI 1.2 IDXGIFactory2 IDXGIAdaptor2 IDXGISwapChain1
Direct3D 11.0/10.1 DXGI 1.1 IDXGIFactory1 IDXGIAdaptor1 IDXGISwapChain
Direct3D 10.0 DXGI 1.0 IDXGIFactory IDXGIAdaptor IDXGISwapChain

d3d与dxgi版本的对应关系你可以通过观察这些d3d头文件所包含的dxgi头文件来了解。

DXGI交换链的创建需要通过IDXGIFactory::CreateSwapChain方法进行。但是，如果是要创建Direct3D 11.1对应的交换链，则需要通过IDXGIFactory2::CreateSwapChainForHwnd方法进行。

获取IDXGIFactory1或IDXGIFactory2接口类

现在我们需要先拿到包含IDXGIFactory1接口的对象，但是为了拿到该对象还需要经历一些磨难。

之前在创建D3D设备时使用的是默认的显卡适配器IDXGIAdapter（对于双显卡的笔记本大概率使用的是集成显卡），而创建出来的D3D设备本身实现了IDXGIDevice接口，通过该对象，我们可以获取到当前所用的显卡适配器IDXGIAdapter对象，这样我们再通过查询它的父级找到是哪个IDXGIFactory枚举出来的适配器。

ComPtr<IDXGIDevice> dxgiDevice = nullptr;
ComPtr<IDXGIAdapter> dxgiAdapter = nullptr;
ComPtr<IDXGIFactory1> dxgiFactory1 = nullptr;    // D3D11.0(包含DXGI1.1)的接口类
ComPtr<IDXGIFactory2> dxgiFactory2 = nullptr;    // D3D11.1(包含DXGI1.2)特有的接口类

// 为了正确创建 DXGI交换链，首先我们需要获取创建 D3D设备 的 DXGI工厂，否则会引发报错：
// "IDXGIFactory::CreateSwapChain: This function is being called with a device from a different IDXGIFactory."
HR(m_pd3dDevice.As(&dxgiDevice));
HR(dxgiDevice->GetAdapter(dxgiAdapter.GetAddressOf()));
HR(dxgiAdapter->GetParent(__uuidof(IDXGIFactory1), reinterpret_cast<void**>(dxgiFactory1.GetAddressOf())));

// 查看该对象是否包含IDXGIFactory2接口
hr = dxgiFactory1.As(&dxgiFactory2);
// 如果包含，则说明支持D3D11.1
if (dxgiFactory2 != nullptr)
{
    HR(m_pd3dDevice.As(&m_pd3dDevice1));
    HR(m_pd3dImmediateContext.As(&m_pd3dImmediateContext1));
    // ... 省略交换链IDXGISwapChain1的创建
}
else
{
    // ... 省略交换链IDXGISwapChain的创建
}

同时之前也提到，如果系统支持Direct3D 11.1的话，我们就可以拿到DXGI 1.2的相关对象（如IDXGIFactory2)。

这里要仔细品味ComPtr::As方法的作用。该方法相当于调用IUnknown::QueryInterface，用于查询这个接口类指针指向的对象是否实现了某个特定接口(即有没有继承，但这个继承不一定是直接继承关系，还可以是间接继承)，若有则返回这个特定接口的指针。比如说IDXGIFactory2继承自IDXGIFactory1，此时我们有了一个IDXGIFactory1*，但我们不知道它能不能转换成IDXGIFactory2*，因此可以用ComPtr::As方法来尝试获取，失败了也只不过是返回一个nullptr指针。但如果此时你拥有一个IDXGIFactory2*，你调用ComPtr::As来获取IDXGIFactory1*则是必然成功的操作。

刚才也说到ComPtr::As也可以查询间接继承的接口，比如微软告诉你ID3D11Device可以通过IUnknown::QueryInterface方法获取IDXGIDevice，虽然你从继承关系上看不出来有什么联系，但至少在它的实例类中的某一层关系上肯定是有一个内部类继承了接口类IDXGIDevice的。

回归正题，这时m_pd3dDevice和m_pd3dDevice1其实都指向同一个对象，m_pd3dImmediateContext和m_pd3dImmediateContext1，m_pSwapChain和m_pSwapChain1也是一样的，区别在于后者实现了额外的一些接口，以及某些特定操作（后面第八章会讲到）。现阶段本教程只会用到和Direct3D 11.0 的API，因此不管是Direct3D 11.1还是Direct3D 11.0，后续都主要使用m_pd3dDevice，m_pd3dImmediateContext和m_pSwapChain来进行操作。

IDXGIFactory2::CreateSwapChainForHwnd方法--Direct3D 11.1创建交换链

如果系统支持Direct3D 11.1的话，需要填充DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1和DXGI_SWAP_CHAIN_FULLSCREEN_DESC这两个结构体：

typedef struct DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1
{
    UINT Width;                        // 分辨率宽度
    UINT Height;                    // 分辨率高度
    DXGI_FORMAT Format;                // 缓冲区数据格式
    BOOL Stereo;                    // 忽略    
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // 采样描述
    DXGI_USAGE BufferUsage;            // 缓冲区用途
    UINT BufferCount;                // 缓冲区数目
    DXGI_SCALING Scaling;            // 忽略
    DXGI_SWAP_EFFECT SwapEffect;    // 交换效果
    DXGI_ALPHA_MODE AlphaMode;        // 忽略
    UINT Flags;                        // 使用DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG枚举类型
} DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1;

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC
{
    UINT Count;                     // MSAA采样数
    UINT Quality;                   // MSAA质量等级
} DXGI_SAMPLE_DESC;

typedef struct DXGI_SWAP_CHAIN_FULLSCREEN_DESC
{
    DXGI_RATIONAL RefreshRate;                    // 刷新率
    DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER ScanlineOrdering;    // 忽略
    DXGI_MODE_SCALING Scaling;                    // 忽略
    BOOL Windowed;                                // 是否窗口化
} DXGI_SWAP_CHAIN_FULLSCREEN_DESC;

typedef struct DXGI_RATIONAL
{
    UINT Numerator;                 // 刷新率分子
    UINT Denominator;               // 刷新率分母
} DXGI_RATIONAL;

填充好后，这里使用的创建方法为IDXGIFactory2::CreateSwapChainForHwnd：

HRESULT IDXGIFactory2::CreateSwapChainForHwnd(
    IUnknown *pDevice,                        // [In]D3D设备
    HWND hWnd,                                // [In]窗口句柄
    const DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 *pDesc,        // [In]交换链描述1
    const DXGI_SWAP_CHAIN_FULLSCREEN_DESC *pFullscreenDesc,    // [In]交换链全屏描述，可选
    IDXGIOutput *pRestrictToOutput,            // [In]忽略
    IDXGISwapChain1 **ppSwapChain);            // [Out]输出交换链对象

上面第一个省略的部分代码如下：

// 填充各种结构体用以描述交换链
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC1 sd;
ZeroMemory(&sd, sizeof(sd));
sd.Width = m_ClientWidth;
sd.Height = m_ClientHeight;
sd.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
// 是否开启4倍多重采样？
if (m_Enable4xMsaa)
{
    sd.SampleDesc.Count = 4;
    sd.SampleDesc.Quality = m_4xMsaaQuality - 1;
}
else
{
    sd.SampleDesc.Count = 1;
    sd.SampleDesc.Quality = 0;
}
sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
sd.BufferCount = 1;
sd.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;
sd.Flags = 0;

DXGI_SWAP_CHAIN_FULLSCREEN_DESC fd;
fd.RefreshRate.Numerator = 60;
fd.RefreshRate.Denominator = 1;
fd.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;
fd.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
fd.Windowed = TRUE;
// 为当前窗口创建交换链
HR(dxgiFactory2->CreateSwapChainForHwnd(m_pd3dDevice.Get(), m_hMainWnd, &sd, &fd, nullptr, m_pSwapChain1.GetAddressOf()));
HR(m_pSwapChain1.As(&m_pSwapChain));

后续我们还可以通过该交换链来手动指定是否需要全屏

IDXGIFactory::CreateSwapChain方法--Direct3D 11创建交换链

如果是Direct3D 11.0的话，需要先填充DXGI_SWAP_CHAIN_DESC结构体：

typedef struct DXGI_SWAP_CHAIN_DESC
{
    DXGI_MODE_DESC BufferDesc;      // 缓冲区描述
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // 采样描述
    DXGI_USAGE BufferUsage;         // 缓冲区用途
    UINT BufferCount;               // 后备缓冲区数目
    HWND OutputWindow;              // 输出窗口句柄
    BOOL Windowed;                  // 窗口化？
    DXGI_SWAP_EFFECT SwapEffect;    // 交换效果
    UINT Flags;                     // 使用DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG枚举类型
}     DXGI_SWAP_CHAIN_DESC;

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC
{
    UINT Count;                     // MSAA采样数
    UINT Quality;                   // MSAA质量等级
} DXGI_SAMPLE_DESC;

typedef struct DXGI_MODE_DESC
{
    UINT Width;                     // 分辨率宽度
    UINT Height;                    // 分辨率高度
    DXGI_RATIONAL RefreshRate;      // 刷新率分数表示法
    DXGI_FORMAT Format;             // 缓冲区数据格式
    DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER ScanlineOrdering;  // 忽略
    DXGI_MODE_SCALING Scaling;      // 忽略
} DXGI_MODE_DESC;

typedef struct DXGI_RATIONAL
{
    UINT Numerator;                 // 刷新率分子
    UINT Denominator;               // 刷新率分母
} DXGI_RATIONAL;

Direct3D 11.0下使用的创建方法为IDXGIFactory::CreateSwapChain：

HRESULT IDXGIFactory::CreateSwapChain(
    IUnknown *pDevice,                    // [In]D3D设备
    DXGI_SWAP_CHAIN_DESC *pDesc,        // [In]交换链描述
    IDXGISwapChain **ppSwapChain);      // [Out]输出交换链对象

第二个省略的部分代码如下：

// 填充DXGI_SWAP_CHAIN_DESC用以描述交换链
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
ZeroMemory(&sd, sizeof(sd));
sd.BufferDesc.Width = m_ClientWidth;
sd.BufferDesc.Height = m_ClientHeight;
sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
sd.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
sd.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;
// 是否开启4倍多重采样？
if (m_Enable4xMsaa)
{
    sd.SampleDesc.Count = 4;
    sd.SampleDesc.Quality = m_4xMsaaQuality - 1;
}
else
{
    sd.SampleDesc.Count = 1;
    sd.SampleDesc.Quality = 0;
}
sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
sd.BufferCount = 1;
sd.OutputWindow = m_hMainWnd;
sd.Windowed = TRUE;
sd.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;
sd.Flags = 0;
HR(dxgiFactory1->CreateSwapChain(m_pd3dDevice.Get(), &sd, m_pSwapChain.GetAddressOf()));

禁用ALT+ENTER与全屏的关联

默认情况下按ALT+ENTER可以切换成全屏，如果不想要这种操作，可以使用刚才创建的dxgiFactory1，按照下面的方式来调用即可：

dxgiFactory1->MakeWindowAssociation(mhMainWnd, DXGI_MWA_NO_ALT_ENTER | DXGI_MWA_NO_WINDOW_CHANGES);

这样DXGI就不会监听Windows消息队列，并且屏蔽掉了对接收到ALT+ENTER消息的处理。

DXGI交换链与Direct3D设备的交互

在创建好上述对象后，如果窗口的大小是固定的，则需要经历下面的步骤：

  1. 获取交换链后备缓冲区的ID3D11Texture2D接口对象
  2. 为后备缓冲区创建渲染目标视图ID3D11RenderTargetView
  3. 通过D3D设备创建一个ID3D11Texture2D用作深度/模板缓冲区，要求与后备缓冲区等宽高
  4. 创建深度/模板视图ID3D11DepthStrenilView，绑定刚才创建的2D纹理
  5. 通过D3D设备上下文，在渲染管线的输出合并阶段设置渲染目标
  6. 在渲染管线的光栅化阶段设置好渲染的视口区域

接下来需要快速了解一遍上述步骤所需要用到的API。

获取交换链的后备缓冲区

由于此前我们创建好的交换链已经包含1个后备缓冲区了，我们可以通过IDXGISwapChain::GetBuffer方法直接获取后备缓冲区的ID3D11Texture2D接口：

HRESULT IDXGISwapChain::GetBuffer( 
    UINT Buffer,        // [In]缓冲区索引号，从0到BufferCount - 1
    REFIID riid,        // [In]缓冲区的接口类型ID
    void **ppSurface);  // [Out]获取到的缓冲区

为后备缓冲区创建渲染目标视图

渲染目标视图用于将渲染管线的运行结果输出给其绑定的资源，很明显它也只能够设置给输出合并阶段。渲染目标视图要求其绑定的资源是允许GPU读写的，因为在作为管线输出时会通过GPU写入数据，并且在以后进行混合操作时还需要在GPU读取该资源。通常渲染目标是一个二维的纹理，但它依旧可能会绑定其余类型的资源。这里不做讨论。

现在我们需要将后备缓冲区绑定到渲染目标视图，使用ID3D11Device::CreateRenderTargetView方法来创建：

HRESULT ID3D11Device::CreateRenderTargetView( 
    ID3D11Resource *pResource,                      // [In]待绑定到渲染目标视图的资源
    const D3D11_RENDER_TARGET_VIEW_DESC *pDesc,     // [In]忽略
    ID3D11RenderTargetView **ppRTView);             // [Out]获取渲染目标视图

现在这里演示了获取后备缓冲区纹理，并绑定到渲染目标视图的过程：

// 重设交换链并且重新创建渲染目标视图
ComPtr<ID3D11Texture2D> backBuffer;
HR(m_pSwapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), reinterpret_cast<void**>(backBuffer.GetAddressOf())));
HR(m_pd3dDevice->CreateRenderTargetView(backBuffer.Get(), nullptr, m_pRenderTargetView.GetAddressOf()));

创建深度/模板缓冲区

在这里我们先简单提一下最常用到的深度缓冲区。而之所以叫深度/模板缓冲区，是因为这个缓冲区可以同时存有深度和模板值，更细节的东西就留到后面的章节将。

深度缓冲区（depth buffer）这种纹理资源存储的而非图像数据，而是特定像素的深度信息。深度值的范围通常为0.0到1.0，0.0意味着观察者在视锥体（view frustum）能看到的最近位置，1.0则意味着观察者在视锥体能看到的最远位置。深度缓冲区中的元素与后台缓冲区中的像素是一一对应的。因此深度缓冲区的宽高应和后备缓冲区的分辨率保持一致。

Direct3D中同样采用了一种叫做深度缓冲或z缓冲（通常z坐标反映深度）的技术。只要使用了深度缓冲，我们就无须关心物体的绘制顺序，因为默认情况下我们只会保留深度值最小的像素。它能够有效处理像铁链这种环环相扣的物体，反之对物体按深度排序的画家算法就无法处理了。

如下图所示，无论绘制物体的顺序如何，新像素的深度值和深度缓冲区中对应位置的像素的深度值比较，若更小，则替换深度值和后备缓冲区的像素颜色。因此最终能保留下来的像素必然是圆球P1点处的像素。

ID3D11Device::CreateTexture2D--创建一个2D纹理

除了渲染目标视图外，我们还需要创建深度/模板缓冲区用于深度测试。深度/模板缓冲区也是一个2D纹理，要求其宽度和高度必须要和窗口宽高保持一致。

通过D3D设备可以新建一个2D纹理，但在此之前我们需要先描述该缓冲区的信息：

typedef struct D3D11_TEXTURE2D_DESC
{
    UINT Width;         // 缓冲区宽度
    UINT Height;        // 缓冲区高度
    UINT MipLevels;     // Mip等级
    UINT ArraySize;     // 纹理数组中的纹理数量，默认1
    DXGI_FORMAT Format; // 缓冲区数据格式
    DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;    // MSAA采样描述
    D3D11_USAGE Usage;  // 数据的CPU/GPU访问权限
    UINT BindFlags;     // 使用D3D11_BIND_FLAG枚举来决定该数据的使用类型
    UINT CPUAccessFlags;    // 使用D3D11_CPU_ACCESS_FLAG枚举来决定CPU访问权限
    UINT MiscFlags;     // 使用D3D11_RESOURCE_MISC_FLAG枚举，这里默认0
}     D3D11_TEXTURE2D_DESC;

由于要填充的内容很多，并且目前只有在初始化环节才用到，因此这部分代码可以先粗略看一下，在后续的章节还会详细讲到。

填充好后，这时我们就可以用方法ID3D11Device::CreateTexture2D来创建2D纹理：

HRESULT ID3D11Device::CreateTexture2D( 
    const D3D11_TEXTURE2D_DESC *pDesc,          // [In] 2D纹理描述信息
    const D3D11_SUBRESOURCE_DATA *pInitialData, // [In] 用于初始化的资源
    ID3D11Texture2D **ppTexture2D);             // [Out] 获取到的2D纹理

下面的代码是关于深度/模板缓冲区创建的完整过程：

D3D11_TEXTURE2D_DESC depthStencilDesc;

depthStencilDesc.Width = mClientWidth;
depthStencilDesc.Height = mClientHeight;
depthStencilDesc.MipLevels = 1;
depthStencilDesc.ArraySize = 1;
depthStencilDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;

// 要使用 4X MSAA?
if (mEnable4xMsaa)
{
    depthStencilDesc.SampleDesc.Count = 4;
    depthStencilDesc.SampleDesc.Quality = m_4xMsaaQuality - 1;
}
else
{
    depthStencilDesc.SampleDesc.Count = 1;
    depthStencilDesc.SampleDesc.Quality = 0;
}

depthStencilDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
depthStencilDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
depthStencilDesc.CPUAccessFlags = 0;
depthStencilDesc.MiscFlags = 0;

HR(m_pd3dDevice->CreateTexture2D(&depthStencilDesc, nullptr, m_pDepthStencilBuffer.GetAddressOf()));

创建深度/模板视图

有了深度/模板缓冲区后，就可以通过ID3D11Device::CreateDepthStencilView方法将创建好的2D纹理绑定到新建的深度/模板视图：

HRESULT ID3D11Device::CreateDepthStencilView( 
    ID3D11Resource *pResource,                      // [In] 需要绑定的资源
    const D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC *pDesc,     // [In] 深度缓冲区描述，这里忽略
    ID3D11DepthStencilView **ppDepthStencilView);   // [Out] 获取到的深度/模板视图

演示如下：

HR(m_pd3dDevice->CreateDepthStencilView(m_pDepthStencilBuffer.Get(), nullptr, m_pDepthStencilView.GetAddressOf()));

为渲染管线的输出合并阶段设置渲染目标

ID3D11DeviceContext::OMSetRenderTargets方法要求同时提供渲染目标视图和深度/模板视图，不过这时我们都已经准备好了：

void ID3D11DeviceContext::OMSetRenderTargets( 
    UINT NumViews,                                      // [In] 视图数目
    ID3D11RenderTargetView *const *ppRenderTargetViews, // [In] 渲染目标视图数组
    ID3D11DepthStencilView *pDepthStencilView) = 0;     // [In] 深度/模板视图

因此这里同样也是一句话的事情：

m_pd3dImmediateContext->OMSetRenderTargets(1, m_pRenderTargetView.GetAddressOf(), m_pDepthStencilView.Get());

视口设置

最终我们还需要决定将整个视图输出到窗口特定的范围。我们需要使用D3D11_VIEWPORT来设置视口

typedef struct D3D11_VIEWPORT
{
    FLOAT TopLeftX;     // 屏幕左上角起始位置X
    FLOAT TopLeftY;     // 屏幕左上角起始位置Y
    FLOAT Width;        // 宽度
    FLOAT Height;       // 高度
    FLOAT MinDepth;     // 最小深度，必须为0.0f
    FLOAT MaxDepth;     // 最大深度，必须为1.0f
}     D3D11_VIEWPORT;

ID3D11DeviceContext::RSSetViewports方法将设置1个或多个视口：

void ID3D11DeviceContext::RSSetViewports(
    UINT  NumViewports,                     // 视口数目
    const D3D11_VIEWPORT *pViewports);      // 视口数组

将视图输出到整个屏幕需要按下面的方式进行填充：

m_ScreenViewport.TopLeftX = 0;
m_ScreenViewport.TopLeftY = 0;
m_ScreenViewport.Width    = static_cast<float>(mClientWidth);
m_ScreenViewport.Height   = static_cast<float>(mClientHeight);
m_ScreenViewport.MinDepth = 0.0f;
m_ScreenViewport.MaxDepth = 1.0f;

m_pd3dImmediateContext->RSSetViewports(1, &m_ScreenViewport);

完成了这六个步骤后，基本的初始化就完成了。但是，如果涉及到窗口大小变化的情况，那么前面提到的后备缓冲区、深度/模板缓冲区、视口都需要重新调整大小。

D3DApp::OnResize方法

已知深度模板缓冲区和视口都可以直接重新创建一份来进行替换。至于后备缓冲区，我们可以通过IDXGISwapChain::ResizeBuffers来重新调整后备缓冲区的分辨率：

HRESULT IDXGISwapChain::ResizeBuffers(
  UINT        BufferCount,            // [In]缓冲区数目
  UINT        Width,                // [In]新分辨率宽度
  UINT        Height,                // [In]新分辨率高度
  DXGI_FORMAT NewFormat,            // [In]DXGI格式
  UINT        SwapChainFlags        // [In]忽略
);

下面的方法演示了在窗口大小发生改变后，以及初次调用时进行的操作：

void D3DApp::OnResize()
{
    assert(m_pd3dImmediateContext);
    assert(m_pd3dDevice);
    assert(m_pSwapChain);

    if (m_pd3dDevice1 != nullptr)
    {
        assert(m_pd3dImmediateContext1);
        assert(m_pd3dDevice1);
        assert(m_pSwapChain1);
    }

    // 释放交换链的相关资源
    m_pRenderTargetView.Reset();
    m_pDepthStencilView.Reset();
    m_pDepthStencilBuffer.Reset();

    // 重设交换链并且重新创建渲染目标视图
    ComPtr<ID3D11Texture2D> backBuffer;
    HR(m_pSwapChain->ResizeBuffers(1, m_ClientWidth, m_ClientHeight, DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, 0));
    HR(m_pSwapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), reinterpret_cast<void**>(backBuffer.GetAddressOf())));
    HR(m_pd3dDevice->CreateRenderTargetView(backBuffer.Get(), nullptr, m_pRenderTargetView.GetAddressOf()));
    
    
    backBuffer.Reset();


    D3D11_TEXTURE2D_DESC depthStencilDesc;

    depthStencilDesc.Width = m_ClientWidth;
    depthStencilDesc.Height = m_ClientHeight;
    depthStencilDesc.MipLevels = 1;
    depthStencilDesc.ArraySize = 1;
    depthStencilDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;

    // 要使用 4X MSAA? --需要给交换链设置MASS参数
    if (m_Enable4xMsaa)
    {
        depthStencilDesc.SampleDesc.Count = 4;
        depthStencilDesc.SampleDesc.Quality = m_4xMsaaQuality - 1;
    }
    else
    {
        depthStencilDesc.SampleDesc.Count = 1;
        depthStencilDesc.SampleDesc.Quality = 0;
    }
    


    depthStencilDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    depthStencilDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
    depthStencilDesc.CPUAccessFlags = 0;
    depthStencilDesc.MiscFlags = 0;

    // 创建深度缓冲区以及深度模板视图
    HR(m_pd3dDevice->CreateTexture2D(&depthStencilDesc, nullptr, m_pDepthStencilBuffer.GetAddressOf()));
    HR(m_pd3dDevice->CreateDepthStencilView(m_pDepthStencilBuffer.Get(), nullptr, m_pDepthStencilView.GetAddressOf()));


    // 将渲染目标视图和深度/模板缓冲区结合到管线
    m_pd3dImmediateContext->OMSetRenderTargets(1, m_pRenderTargetView.GetAddressOf(), m_pDepthStencilView.Get());

    // 设置视口变换
    m_ScreenViewport.TopLeftX = 0;
    m_ScreenViewport.TopLeftY = 0;
    m_ScreenViewport.Width = static_cast<float>(m_ClientWidth);
    m_ScreenViewport.Height = static_cast<float>(m_ClientHeight);
    m_ScreenViewport.MinDepth = 0.0f;
    m_ScreenViewport.MaxDepth = 1.0f;

    m_pd3dImmediateContext->RSSetViewports(1, &m_ScreenViewport);
}

在后续的部分，该框架的代码基本上不会有什么太大的变动。因此后面代码的添加主要在GameApp类实现。如果现在对上面的一些过程不理解，也是正常的，可以在后续学习到视图相关的知识后再来回看这一整个过程。

GameApp类

对于一个初始化应用程序来说，目前GameApp类的非常简单：

class GameApp : public D3DApp
{
public:
    GameApp(HINSTANCE hInstance);
    ~GameApp();

    bool Init();
    void OnResize();
    void UpdateScene(float dt);
    void DrawScene();
};

GameApp::DrawScene方法--每帧画面的绘制

ID3D11DeviceContext::ClearRenderTargetView方法--清空需要绘制的缓冲区

在每一帧画面绘制的操作中，我们需要清理一遍渲染目标视图绑定的缓冲区

void ID3D11DeviceContext::ClearRenderTargetView(
    ID3D11RenderTargetView *pRenderTargetView,  // [In]渲染目标视图
    const FLOAT  ColorRGBA[4]);                 // [In]指定覆盖颜色

这里的颜色值范围都是0.0f到1.0f

比如我们要对后备缓冲区(R8G8B8A8)使用蓝色进行清空，可以这样写：

float blue[4] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f}    // RGBA = (0,0,255,255)
m_pd3dImmediateContext->ClearRenderTargetView(m_pRenderTargetView.Get(), blue);

ID3D11DeviceContext::ClearDepthStencilView方法--清空深度/模板缓冲区

同样在进行渲染之前，我们也要清理一遍深度/模板缓冲区

void ID3D11DeviceContext::ClearDepthStencilView(
    ID3D11DepthStencilView *pDepthStencilView,  // [In]深度/模板视图
    UINT ClearFlags,    // [In]D3D11_CLEAR_FLAG枚举
    FLOAT Depth,        // [In]深度
    UINT8 Stencil);     // [In]模板初始值

若要清空深度缓冲区，则需要指定D3D11_CLEAR_DEPTH，模板缓冲区则是D3D11_CLEAR_STENCIL。

每一次清空我们需要将深度值设为1.0f，模板值设为0.0f。其中深度值1.0f表示距离最远处：

m_pd3dImmediateContext->ClearDepthStencilView(m_pDepthStencilView.Get(), D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0);

IDXGISwapChain::Present方法--前后备缓冲区交换并呈现

完成一切绘制操作后就可以调用该方法了

HRESULT ID3D11DeviceContext::Present( 
    UINT SyncInterval,  // [In]通常为0
    UINT Flags);        // [In]通常为0

GameApp::DrawScene的实现如下：

void GameApp::DrawScene()
{
    assert(m_pd3dImmediateContext);
    assert(m_pSwapChain);
    static float blue[4] = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };    // RGBA = (0,0,255,255)
    m_pd3dImmediateContext->ClearRenderTargetView(m_pRenderTargetView.Get(), blue);
    m_pd3dImmediateContext->ClearDepthStencilView(m_pDepthStencilView.Get(), D3D11_CLEAR_DEPTH | D3D11_CLEAR_STENCIL, 1.0f, 0);

    HR(m_pSwapChain->Present(0, 0));
}

最终绘制的效果应该如下：

程序退出后的清理

因为之前我们用的是智能指针，所以D3DApp的析构函数十分简单，只需要通过ID3D11DeviceContext::ClearState方法来恢复D3D设备上下文到默认状态，卸下所有绑定的资源即可。剩下的事情就交给COM智能指针完成：

D3DApp::~D3DApp()
{
    // 恢复所有默认设定
    if (m_pd3dImmediateContext)
        m_pd3dImmediateContext->ClearState();
}

练习题

粗体字为自定义题目，本章练习题可以先不做

  1. 尝试修改项目代码，让窗口内的显示变红。
  2. 某些电脑可能有多于一个的显示适配器(显卡)。首先要通过CreateDXGIFactory创建IDXGIFactory，然后使用IDXGIFactory::EnumAdapters来枚举显示适配器。尝试通过这种方式查看你的电脑有多少个显示适配器(IDXGIAdapter)，并察看它们的信息。
  3. 一个显示适配器可能关联了多个输出设备(IDXGIOutput)，你可以使用IDXGIAdapter::EnumOutputs方法来枚举出特定的输出，尝试观察它们的信息。
  4. 对于给定的像素格式，一个输出设备可以支持许多种显示模式(DXGI_MODE_DESC)，通过它可以看到全屏宽度、高度、刷新率。尝试使用IDXGIOutput::GetDisplayModeList方法观察所有支持的模式(传递DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM格式进去)。
  5. 默认情况下的窗口程序是可以通过ALT+ENTER来进入/退出全屏的。此外，我们可以通过IDXGISwapChain来动态设置窗口全屏属性，找到对应的方法并尝试一下。
  6. 现在尝试指定显示适配器来创建D3D设备。通过CreateDXGIFactory函数来创建IDXGIFactory，通常它会包含接口IDXGIFactory1，但有可能它也会包含接口IDXGIFactory2。在没有创建D3D设备的情况下，这种方式就可以帮助我们了解是否可以创建出Direct3D 11.1的设备。为了能够指定显示适配器来创建D3D11设备，我们需要将D3D_DRIVER_TYPE强行设置为D3D_DRIVER_TYPE_UNKNOWN，否则在创建设备的时候会得到如下报错信息：DX ERROR: D3D11CreateDevice: When creating a device from an existing adapter (i.e. pAdapter is non-NULL), DriverType must be D3D_DRIVER_TYPE_UNKNOWN. [ INITIALIZATION ERROR #3146141: ]。

DirectX11 With Windows SDK完整目录

Github项目源码

欢迎加入QQ群: 727623616 可以一起探讨DX11，以及有什么问题也可以在这里汇报。

posted @ 2018-05-21 22:07  X_Jun  阅读(40413)  评论(8)  编辑  收藏  举报
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