Directx11教程(4) 一个最基本D3D应用程序(2)
接着上篇教程的代码，本篇加入基本的D3D代码，实现一个完整的D3D11程序框架。
我们增加一个新类D3DClass, 用来处理3D渲染功能。增加该类后，程序的框架如下图：
GraphicsClass.h代码改变如下, 主要是增加了一个D3DClass类成员变量，在Render函数中，将会调用D3DClass的相应Render函数，比如BeginScene、EndScene，BeginScene主要是清除framebuffer，设置渲染背景颜色，而EndScene则是把交换前后缓冲，使当前渲染的内容在屏幕上显示出来。
class GraphicsClass
{
…
private:
bool Render();
//定义一个D3DClass类成员变量
D3DClass* m_D3D;
};
GraphicsClass.cpp的代码如下：
#include "GraphicsClass.h"
GraphicsClass::GraphicsClass(void)
{
m_D3D = 0;
}
bool GraphicsClass:: Initialize(int screenWidth, int screenHeight, HWND hwnd)
{
bool result;
// 创建一个D3DClass对象.
m_D3D = new D3DClass;
if(!m_D3D)
{
return false;
}
// 调用D3DClass初始化函数
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()
{
//销毁m_D3D对象
if(m_D3D)
{
m_D3D->Shutdown();
delete m_D3D;
m_D3D = 0;
}
return;
}
bool GraphicsClass::Frame()
{
bool result;
//调用Render函数，渲染3D场景
//Render是GraphicsClass的私有函数.
result = Render();
if(!result)
{
return false;
}
return true;
}
bool GraphicsClass::Render()
{
// 设置framebuffer为浅蓝色
m_D3D->BeginScene(00f, 0.0f, 0.5f, 1.0f);
//把framebuffer中的图像present到屏幕上.
m_D3D->EndScene();
return true;
}
Initialize函数，来初始化D3D11设备，设置相关状态。
初始化D3D的代码主要包括以下几个步骤：
1. 创建一个交换链(swapchain)描述变量,该变量包括后缓冲的设置(大小，格式）等。
2. 通过函数D3D11CreateDeviceAndSwapChain创建D3D11 设备和上下文设备(注：在D3D10中，只有一个device)。
3. 创建一个渲染目标视图指向后缓冲。
4. 创建深度、模版缓冲以及相应的视图。
5. 创建深度、模版状态并在OM(输出合并)阶段绑定到管线。
6. 创建并设置渲染状态。
7. 设置视口。
设备创建后，我们可以通过ClearRenderTargetView(m_renderTargetView, color); 函数来清除帧缓冲(即设置渲染背景），ClearDepthStencilView(m_depthStencilView, D3D11_CLEAR_DEPTH, 1.0f, 0);函数清除深度模版缓冲，然后开始渲染3D场景，渲染完成后，我们还要用Present函数把后缓冲内容显示到输出设备上。
在D3D中，我们使用双缓冲的概念(也可以设置多个后缓冲，但我从来只设置1个),前缓冲就是屏幕上现在显示的内容，后缓冲是现在正在渲染的内容。使用两个缓冲，可以保证渲染的内容完整，避免屏幕上显示不完整的渲染图像。当渲染完成时候，我们交换前后缓冲（这个概念在D3D中称作present，在opengl中叫做swapbuffer)，后缓冲成为前缓冲，前缓冲成为后缓冲，这样，后缓冲的内容就在屏幕上显示，而下一帧的内容则输出到前一帧前缓冲(现在的后缓冲)。
在D3D11中，我们在很多地方使用2D纹理，除了纹理图像外，后缓冲，深度缓冲等等都用2D纹理表示。2D纹理可以看作一副存储数据的二维图像。当然，它还有更多的功能，比如mipmaps层，实施滤波和多采样操作等等。
纹理数据通常为以下几种格式：
DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT : 每个元素包括3个32位浮点数。
DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM : 每个元素有4个16位分量，每个分量都被映射到[0, 1] 范围，UNORM表示无符号归一化。
DXGI_FORMAT_R32G32_UINT: 每个元素有2个32位无符号整数。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM :每个元素有4个8位无符号整数，被映射到 [0,1] 范围。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SNORM : 每个元素有4个8位有符号分量，被映射到[ -1, 1]范围。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SINT: 每个元素有4个8位有符号整数，被映射到[ − 128, 127] 范围。
D3D 初始化的代码主要在D3DClass的初始化函数中，需要注意的取得显卡的刷新率主要是设置垂直同步时使用：
//Initialize函数包含完成D3D设置的所有代码。
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;
// 保存垂直同步设置
m_vsync_enabled = vsync;
// 创建一个DirectX graphics interface factory.
result = CreateDXGIFactory(__uuidof(IDXGIFactory), (void**)&factory);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 用接口工厂创建一个主显卡的适配
result = factory->EnumAdapters(0, &adapter);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 得到主适配器的输出.
result = adapter->EnumOutputs(0, &adapterOutput);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//得到适合 DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM 的显示模式.
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;
}
// 保存显示模式到displayModeList中
result = adapterOutput->GetDisplayModeList(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_ENUM_MODES_INTERLACED, &numModes, displayModeList);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//遍历所有显示模式，得到刷新率两个参数值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;
}
}
}
// 得到显卡描述
result = adapter->GetDesc(&adapterDesc);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 保存显存大小.
m_videoCardMemory = (int)(adapterDesc.DedicatedVideoMemory / 1024 / 1024);
//保存显卡描述串
//wcstombs_s, wide char转化为char
error = wcstombs_s(&stringLength, m_videoCardDescription, 128, adapterDesc.Description, 128);
if(error != 0)
{
return false;
}
// 释放显示模式列表
delete [] displayModeList;
displayModeList = 0;
//释放适配器输出.
adapterOutput->Release();
adapterOutput = 0;
//释放适配器
adapter->Release();
adapter = 0;
// 释放接口工厂.
factory->Release();
factory = 0;
// 初始化交换链描述
ZeroMemory(&swapChainDesc, sizeof(swapChainDesc));
// 用1个后缓冲
swapChainDesc.BufferCount = 1;
//帧缓冲的大小和应用程序窗口大小相等
swapChainDesc.BufferDesc.Width = screenWidth;
swapChainDesc.BufferDesc.Height = screenHeight;
// 后缓冲的surface的格式为DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM
// surface的每个像素用4个无符号的8bit[映射到0-1]来表示。NORM表示归一化
swapChainDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
// 如果使用垂直同步，设置后缓冲的刷新率
//刷新率就是一秒钟把后缓冲内容在屏幕上画出的次数
//如果开启垂直同步，则锁定刷新率，则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;
}
// 设置后缓冲的用途
// 我们的渲染目标缓冲为后缓冲
swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
// 后缓冲输出的窗口句柄
swapChainDesc.OutputWindow = hwnd;
// 不使用多重采样
swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;
swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
// 设置全屏或者窗口模式
if(fullscreen)
{
swapChainDesc.Windowed = false;
}
else
{
swapChainDesc.Windowed = true;
}
// 设定扫描线ordering以及缩放为unspecified
swapChainDesc.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
swapChainDesc.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;
// 后缓冲内容呈现到屏幕后，放弃其内容
swapChainDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;
//不设置标志
swapChainDesc.Flags = 0;
// 设置feature level为D3D11
// 如果显卡不支持D3D11,我们能够通过设置这个参数，使用D3D10,或者9
featureLevel = D3D_FEATURE_LEVEL_11_0;
// 创建交换链，设备以及设备上下文
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;
}
说明：在本教程代码中，我们同时创建device和swapchain，可以通过两个函数分别创建device和swapchain
D3D11CreateDevice( NULL, //默认显卡
D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
0, //表示没有软件device
0, //创建设备的标志，可以指定为D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG，可在vs中输入调试信息
0, 0, //FeatureLevel的信息，设置为0，将使用最高的feature，也就是D3D11 feature
D3D11_SDK_VERSION, //SDK版本
&m_device,
&featureLevel, //返回现在选择的feature level信息
&m_deviceContext
);
创建设备后，我们可以查询到当前device支持msaa的情况，比如下面的代码，查询device是否支持4xaa。
UINT m4xMsaaQuality;
m_device->CheckMultisampleQualityLevels( DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, 4, &m4xMsaaQuality));
如果这个函数返回0，则表示显示格式和采样数量的组合硬件不支持。否则，返回有效的quality数目，有效的quality值是0-m4xMsaaQuality。
之后可以，单独创建swapchain：
result = factory->CreateSwapChain(m_device,&swapChainDesc, &m_swapChain);
// 得到交换链中的后缓冲指针
result = m_swapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&backBufferPtr);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 用后缓冲创建渲染目标视图.
result = m_device->CreateRenderTargetView(backBufferPtr, NULL, &m_renderTargetView);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//释放后缓冲(引用计数减1)
backBufferPtr->Release();
backBufferPtr = 0;
// 初始化深度缓冲描述.
ZeroMemory(&depthBufferDesc, sizeof(depthBufferDesc));
//设置深度缓冲描述
depthBufferDesc.Width = screenWidth;
depthBufferDesc.Height = screenHeight;
depthBufferDesc.MipLevels = 1; //对于深度缓冲为1
depthBufferDesc.ArraySize = 1; //对于深度缓冲为1，对于纹理，这2个参数有更多用途
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;
// 创建深度缓冲
result = m_device->CreateTexture2D(&depthBufferDesc, NULL, &m_depthStencilBuffer);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 初始化深度模版状态描述
像素shader完成后，会进行深度模版测试，深度模版测试流程见：http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/p/5149729.html
ZeroMemory(&depthStencilDesc, sizeof(depthStencilDesc));
// 设置深度模版状态描述
depthStencilDesc.DepthEnable = true;
depthStencilDesc.DepthWriteMask = D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;
//D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO禁止写深度缓冲
depthStencilDesc.DepthFunc = D3D11_COMPARISON_LESS;
depthStencilDesc.StencilEnable = true;
depthStencilDesc.StencilReadMask = 0xFF;
depthStencilDesc.StencilWriteMask = 0xFF;
// 对于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;
// 对于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;
//创建深度模版状态
result = m_device->CreateDepthStencilState(&depthStencilDesc, &m_depthStencilState);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 设置深度模版状态，使其生效
m_deviceContext->OMSetDepthStencilState(m_depthStencilState, 1);
// 初始化深度模版视图.
ZeroMemory(&depthStencilViewDesc, sizeof(depthStencilViewDesc));
// 设置深度模版视图描述.
depthStencilViewDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
depthStencilViewDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D;
depthStencilViewDesc.Texture2D.MipSlice = 0;
// 创建深度模版视图.
result = m_device->CreateDepthStencilView(m_depthStencilBuffer, &depthStencilViewDesc, &m_depthStencilView);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
// 绑定渲染目标视图和深度缓冲到渲染管线.
m_deviceContext->OMSetRenderTargets(1, &m_renderTargetView, m_depthStencilView);
// 设置光栅化描述，指定多边形如何被渲染.
rasterDesc.AntialiasedLineEnable = false;
rasterDesc.CullMode = D3D11_CULL_BACK; //背面剔除，看不见三角形会被剔除掉。
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;
// 创建光栅化状态.
result = m_device->CreateRasterizerState(&rasterDesc, &m_rasterState);
if(FAILED(result))
{
return false;
}
//设置光栅化状态，使其生效
m_deviceContext->RSSetState(m_rasterState);
// 设置视口，显示全部后缓冲内容
viewport.Width = (float)screenWidth;
viewport.Height = (float)screenHeight;
viewport.MinDepth = 0.0f;
viewport.MaxDepth = 1.0f;
viewport.TopLeftX = 0.0f;
viewport.TopLeftY = 0.0f;
// 创建视口
m_deviceContext->RSSetViewports(1, &viewport);
// 设置透视投影矩阵
fieldOfView = (float)D3DX_PI / 4.0f;
screenAspect = (float)screenWidth / (float)screenHeight;
//创建透视投影矩阵
D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&m_projectionMatrix, fieldOfView, screenAspect, screenNear, screenDepth);
//初始化world矩阵为单位矩阵.
//该矩阵实现局部坐标到世界坐标的转换
D3DXMatrixIdentity(&m_worldMatrix);
// 创建正交投影矩阵，主要用来实施2D渲染.
D3DXMatrixOrthoLH(&m_orthoMatrix, (float)screenWidth, (float)screenHeight, screenNear, screenDepth);
return true;
}
程序执行后，界面如下图所示。
完整的代码请参考：
工程文件myTutorialD3D11_3
代码下载：
