人一旦停下來不做事情，就會變得懶惰。自從停止寫《Direct3D 快速上手》后，就老不想寫東西，這些天一直都在想著要寫一些關于游戲引擎的文章，遲遲未敢動手，因為覺得這個主題實在比較大，自己水平有限，寫不好還要被人笑話。為了督促自己再次像個陀螺轉起來，開始寫一些關于HLSL以及Shader的東西，當然，我學這個也不久，只能講到一些膚淺的東西，意在拋磚引玉。
這里我假設你已經明白以寫有關流水線的基本得知識，以及明白為什么要使用Shader這之類的基本的問題，我就不多花時間介紹這些基本得知識，相關的知識大家可以在MSDN的網站上看到，以及很多有名的樹上都有詳細的介紹，例如《Microsoft DirectX 9 Programmable Graphics Pipeline》
好那我們就開始。這里我不再使用C#作為編寫程序的語言，雖然我很喜歡它，但是考慮到用Shader的目的就是為了效率，那在語言的選擇上自然選擇C++，編譯工具選用VC.Net。
在以后的文章中，我或許會提到Cg這個語言，這個微軟和NVIDIA聯合開發的一門語言，其實和HLSL只不過是叫了2個不同的名字罷了，完全可以兼容運行。
作為第一章，還是弄一點比較簡單的例子，這個例子里面我們著重探討的是Vertex Shader以及PS的語法，以及怎么把它們運用到DirectX的程序中去，這個例子沒有任何的實用性，It is only a sample.
以下是運行圖例：
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首先看看我們程序的結構：
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow);
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
void init(void); //初始化所有資源
void shutDown(void); //釋放資源
void render(void); //渲染函數
void initShader( void ); //初始化Shader
很簡單對吧，其實也可以用微軟提供給我們的DX的框架，這個看個人的喜好了。
我們先來看看Vertex Shader ：
建立一個新的文件，存為vertex_shad.vsh，然后輸入：
float4x4 worldViewProj;
struct VS_INPUT
{
float3 position : POSITION; //位置
float4 color0 : COLOR0; //顏色
float2 texcoord0 : TEXCOORD0; //紋理坐標
};
struct VS_OUTPUT
{
float4 hposition : POSITION;
float4 color0 : COLOR0;
float2 texcoord0 : TEXCOORD0;
};
VS_OUTPUT main( VS_INPUT IN ) //入口函數
{
VS_OUTPUT OUT;
float4 v = float4( IN.position.x,IN.position.y, IN.position.z,1.0f );
OUT.hposition = mul( v, worldViewProj ); //矩陣變換
OUT.color0 = IN.color0; //輸出的顏色=輸入的顏色
OUT.texcoord0 = IN.texcoord0; //復制紋理坐標
return OUT;
}
這里首先定義了2個結構，都分別定義了位置，顏色，和紋理坐標。這里我們看到程序里面使用了很多我們沒見過的數據類型，這是HLSL內置的數據結構，例如float4x4。
我們注意下float4這個類型，它是一個有4個向量的浮點類型，你可以把它理解為一個浮點的數組，當然嚴格的說，這里應該是壓縮數組。
float3 position : POSITION; //位置
這一句話聲明了一個float3的變量，變量的名字叫做position，這里我們看到在后面還有一個冒號和POSITION，這個冒號和其后的POSRITION叫做“語義”。語義的作用相當于在HLSL出現以前的Shader中用到的寄存器，這里我們指明了把position這個變量將與流水線的POSRITION寄存器相連接。在其后的COLOR0, TEXCOORD0也是一樣的意思。
我們看到Shader的入口函數main,這個函數有一個參數和一個返回值，都是我們在Shader的開頭定義的結構。
OUT.hposition = mul( v, worldViewProj ); //矩陣變換
我們將向量和矩陣相乘，這樣得到的仍然是一個向量，這個向量就是經過我們的透視變換的向量。這里之所以要進行這個變換是為了讓所有的定點都在視區內并且在選轉的時候符合透視。
在將所有的返回值賦值完成后，程序返回。
接下來我們建立pixel_shader.psh文件，這是pixel的Shader文件：
struct VS_OUTPUT
{
float4 hposition : POSITION;
float4 color0 : COLOR0;
float2 texcoord0 : TEXCOORD0;
};
struct PS_OUTPUT
{
float4 color : COLOR;
};
sampler testTexture; //樣本對象
PS_OUTPUT main( VS_OUTPUT IN )
{
PS_OUTPUT OUT;
OUT.color = tex2D( testTexture, IN.texcoord0 ) + IN.color0; // Add texel color to vertex color
return OUT;
}
相對于VS來說PS的代碼簡單很多，程序聲明了一個樣本對象，然后在PS的入口程序中用到了tex2D函數，這個函數可以用制定的紋理坐標集存取不同類型的樣本并返回一個向量結果。
OUT.color = tex2D( testTexture, IN.texcoord0 ) + IN.color0; 的結果是把顏色疊加在原來紋理的地方。
我們該看看我們的主程序了，這里我只介紹最重要的initShader
void initShader( void )
{
D3DXCreateTextureFromFile( g_pd3dDevice, "test.bmp", &g_pTexture );
D3DVERTEXELEMENT9 declaration[] =
{
{ 0, 0, D3DDECLTYPE_FLOAT3, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_POSITION, 0 },
{ 0, 12, D3DDECLTYPE_D3DCOLOR, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_COLOR, 0 },
{ 0, 16, D3DDECLTYPE_FLOAT2, D3DDECLMETHOD_DEFAULT, D3DDECLUSAGE_TEXCOORD, 0 },
D3DDECL_END()
};
g_pd3dDevice->CreateVertexDeclaration( declaration, &g_pVertexDeclaration );
HRESULT hr;
LPD3DXBUFFER pCode;
DWORD dwShaderFlags = 0;
LPD3DXBUFFER pBufferErrors = NULL;
// Assemble the vertex shader from the file
hr = D3DXCompileShaderFromFile( "vertex_shader.vsh", NULL, NULL, "main",
"vs_1_1", dwShaderFlags, &pCode,
&pBufferErrors, &g_pConstantTableVS );
if( FAILED(hr) )
{
LPVOID pCompilErrors = pBufferErrors->GetBufferPointer();
MessageBox(NULL, (const char*)pCompilErrors, "Vertex Shader Compile Error",
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
}
// Create the vertex shader
g_pd3dDevice->CreateVertexShader( (DWORD*)pCode->GetBufferPointer(),
&g_pVertexShader );
pCode->Release();
//
// Create a HLSL based pixel shader.
//
// Assemble the vertex shader from the file
hr = D3DXCompileShaderFromFile( "pixel_shader.psh", NULL, NULL, "main",
"ps_1_1", dwShaderFlags, &pCode,
&pBufferErrors, &g_pConstantTablePS );
if( FAILED(hr) )
{
LPVOID pCompilErrors = pBufferErrors->GetBufferPointer();
MessageBox(NULL, (const char*)pCompilErrors, "Pixel Shader Compile Error",
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
}
// Create the vertex shader
g_pd3dDevice->CreatePixelShader( (DWORD*)pCode->GetBufferPointer(),
&g_pPixelShader );
pCode->Release();
}
一開始我們定義了一個D3DVERTEXELEMENT9結構，這個結構的作用是描述頂點數據的用途等等屬性：
typedef struct _D3DVERTEXELEMENT9 {
WORD Stream; //Stream number
WORD Offset; //數據的偏移量
BYTE Type; //種類，也是一個結構，詳細情況查閱MSDN
BYTE Method; //制定方格化的操作，為default時，值將被拷貝如寄存器
BYTE Usage; //用途
BYTE UsageIndex; //修改用途，允許用戶指定多種用途
} D3DVERTEXELEMENT9
接下來，我們就要建立一個VertexDeclaration。
HRESULT CreateVertexDeclaration(
CONST D3DVERTEXELEMENT9* pVertexElements,
Direct3DVertexDeclaration9** ppDecl
);
然后我們從文件中讀入Shader的信息。PS的讀入和VS如出一轍。我們看看渲染的部分。
void render( void )
{
g_pd3dDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER,
D3DCOLOR_COLORVALUE(0.0f,1.0f,0.0f,1.0f), 1.0f, 0 );
g_pd3dDevice->BeginScene();
D3DXMATRIX matTrans;
D3DXMATRIX matRot;
D3DXMatrixTranslation( &matTrans, 0.0f, 0.0f, 4.0f );
D3DXMatrixRotationYawPitchRoll( &matRot,
D3DXToRadian(g_fSpinX),
D3DXToRadian(g_fSpinY),
0.0f );
g_matWorld = matRot * matTrans;
D3DXMatrixIdentity( &g_matView );
if( g_bUseShaders == true )
{
//
// Use vertex and pixel shaders...
//
D3DXMATRIX worldViewProjection = g_matWorld * g_matView * g_matProj;
g_pConstantTableVS->SetMatrix( g_pd3dDevice, "worldViewProj", &worldViewProjection );
g_pd3dDevice->SetVertexDeclaration( g_pVertexDeclaration );
g_pd3dDevice->SetVertexShader( g_pVertexShader );
g_pd3dDevice->SetTexture( 0, g_pTexture );
g_pd3dDevice->SetPixelShader( g_pPixelShader );
g_pd3dDevice->SetFVF( Vertex::FVF_Flags );
g_pd3dDevice->SetStreamSource( 0, g_pVertexBuffer, 0,sizeof(Vertex) );
g_pd3dDevice->DrawPrimitive( D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 2 );
g_pd3dDevice->SetVertexShader( NULL );
g_pd3dDevice->SetPixelShader( NULL );
}
else
{
//
// Render the normal way...
//
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &g_matWorld );
g_pd3dDevice->SetTexture( 0, g_pTexture );
g_pd3dDevice->SetFVF( Vertex::FVF_Flags );
g_pd3dDevice->SetStreamSource( 0, g_pVertexBuffer, 0,sizeof(Vertex) );
g_pd3dDevice->DrawPrimitive( D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 2 );
}
g_pd3dDevice->EndScene();
g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
}
g_pConstantTableVS->SetMatrix( g_pd3dDevice, "worldViewProj", &worldViewProjection );
這一句將視覺矩陣和我們在Vertex Shader中定義的矩陣關聯起來。然后我們通過
g_pd3dDevice->SetVertexDeclaration( g_pVertexDeclaration );
g_pd3dDevice->SetVertexShader( g_pVertexShader );
來通知程序，所有的頂點的處理都要由我們的頂點Shader來處理，頂點Shader中用到的所有頂點的一些屬性都在VertexDeclaration中聲明了。然后建立頂點的Shader。
在建立完VS,紋理，PS后，執行畫圖指令，最后我們需要釋放Shader，恢復固定流水線的功能。g_pd3dDevice->SetVertexShader( NULL );g_pd3dDevice->SetPixelShader( NULL );
好了，這里我們的程序就完成了，接下來的日子里面，我將盡力為大家講解一些Shader的有用的特性，呵呵呵，當然，這里我沒有說，不是所有的顯卡都支持Shader的，所以你需要在程序中判斷你顯卡所支持的類型，這里我不再多些，2句話就可以搞定。
By sssa2000
5/15/2005