Direct3D轮回：构建基于Direct3D的通用摄影机类

Direct3D渲染管线主要完成了三次矩阵变换：

1.世界变换——局部坐标到全局坐标的变换；

2.摄影变换——全局坐标到摄影坐标的变换；

3.投影变换——摄影坐标到投影坐标的变换。

其中的摄影变换我们大都通过封装一个称之为“摄影机”的对象加以实现。

如下即为一个基于Direct3D机制的通用摄影机实现：

/* -------------------------------------

代码清单：D3DCamera.h
来自： http://www.cnblogs.com/kenkao

------------------------------------- */


#include  " D3DInit.h "

#pragma  once

class  CD3DCamera
{
public :
    CD3DCamera( void );
     ~ CD3DCamera( void );
public :
    D3DXVECTOR3 GetCameraPos()                      { return  m_cameraPosition;}              // ---获得摄影机位置
     void         SetCameraPos(D3DXVECTOR3 cameraPos) {m_cameraPosition  =  cameraPos;}         // ---设置摄影机位置
    D3DXVECTOR3 GetCameraTar()                      { return  m_cameraTarget;}                // ---获得摄影机目标
     void         SetCameraTar(D3DXVECTOR3 cameraTar) {m_cameraTarget  =  cameraTar;}           // ---设置摄影机目标
    D3DXVECTOR3 GetCameraUp()                       { return  m_cameraUp;}                    // ---获得摄影机Y方向
     void         SetCameraUp(D3DXVECTOR3 cameraUp)   {m_cameraUp  =  cameraUp;}                // ---设置摄影机Y方向
    D3DMATRIX   GetViewMatrix()                     { return  m_viewMatrix;}                  // ---获得摄影矩阵
public :
     void         Update();            // ---更新摄影机
     void         Release();           // ---释放摄影机
private :
     void         UpdateCamera();      // ---更新摄影机(私有)
     void         RotateManager();     // ---处理旋转(私有)
     void         MoveManager();       // ---处理平移(私有)
private :
    D3DXVECTOR3 m_cameraPosition;    // ---摄影机位置
    D3DXVECTOR3 m_cameraTarget;      // ---摄影机目标
    D3DXVECTOR3 m_cameraUp;          // ---摄影机Y方向

    D3DXMATRIX   m_viewMatrix;        // ---摄影机摄影矩阵

     float  m_rotateSpeed;             // ---旋转速度
     float  m_moveSpeed;               // ---平移速度
     float  m_rotateRight;             // ---水平方向旋转(以右为正)
     float  m_rotateUp;                // ---垂直方向旋转(以上为正)
     float  m_moveForward;             // ---前后方向移动(以前为正)
     float  m_moveRight;               // ---左右方向移动(以右为正)
     float  m_moveUp;                  // ---上下方向移动(以上为正)
    POINT m_nowMousePos;             // ---当前鼠标位置
    POINT m_originMousePos;          // ---前次鼠标位置
};

 

/* -------------------------------------

代码清单：D3DCamera.cpp
来自： http://www.cnblogs.com/kenkao

------------------------------------- */

#include  " StdAfx.h "
#include  " D3DCamera.h "
#include  " D3DGame.h "

extern  IDirect3DDevice9  * g_pD3DDevice;
extern  CMouseInput       * g_pMouseInput;
extern  CKeyboardInput    * g_pKeyboardInput;

CD3DCamera::CD3DCamera( void ) :  m_cameraPosition(D3DXVECTOR3_ZERO),
                                m_cameraTarget( 0.0f , 0.0f , 100.0f ),
                                m_cameraUp(D3DXVECTOR3_UP),
                                m_rotateSpeed( 0.005f ),
                                m_moveSpeed( 0.1f ),
                                m_rotateRight( 0.0f ),
                                m_rotateUp( 0.0f ),          
                                m_moveForward( 0.0f ),         
                                m_moveRight( 0.0f ),   
                                m_moveUp( 0.0f ) 
{
    g_pMouseInput -> GetPosition(m_originMousePos);
}

CD3DCamera:: ~ CD3DCamera( void )
{

}

void  CD3DCamera::Update()
{
     // ---处理旋转
    RotateManager();
     // ---处理平移
    MoveManager();
     // ---最后更新相机
    UpdateCamera();
}

void  CD3DCamera::Release()
{

}

void  CD3DCamera::RotateManager()
{
     //  获得鼠标当前位置
    g_pMouseInput -> GetPosition(m_nowMousePos);
     //  如果鼠标右键按下
     if (g_pMouseInput -> RightButton()  ==  BUTTONSTATE_PRESSED)
    {
         //  X方向旋转量
         float  Xdif  =  m_nowMousePos.x - m_originMousePos.x;
         //  Y方向旋转量
         float  Ydif  =  m_nowMousePos.y - m_originMousePos.y;
         //  分别累积到水平与垂直方向旋转
        m_rotateRight  +=  m_rotateSpeed  *  Xdif;
        m_rotateUp  +=  m_rotateSpeed  *  Ydif;
    }
     //  更新前次鼠标位置
    m_originMousePos  =  m_nowMousePos;
}

void  CD3DCamera::MoveManager()
{
     //  前移
     if  (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_W)  ||  g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_UP))
        m_moveForward  =  m_moveSpeed;
     //  后移
     if  (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_S)  ||  g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_DOWN))
        m_moveForward  =   - m_moveSpeed;
     //  左移
     if  (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_D)  ||  g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_RIGHT))
        m_moveRight  =   + m_moveSpeed;
     //  右移
     if  (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_A)  ||  g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_LEFT))
        m_moveRight  =   - m_moveSpeed;
}


void  CD3DCamera::UpdateCamera()
{
     // ---先累计旋转量
    D3DXMATRIX diffx;
    D3DXMatrixRotationX( & diffx,m_rotateUp);
    D3DXMATRIX diffy;
    D3DXMatrixRotationY( & diffy,m_rotateRight);

    D3DXMATRIX diff  =  diffx  *  diffy;

    D3DXVECTOR3 Adiff;
    D3DXVec3TransformCoord( & Adiff, & D3DXVECTOR3_ZERO, & diff);
    D3DXVECTOR3 Sdiff;
    D3DXVec3TransformCoord( & Sdiff, & (D3DXVECTOR3_FORWARD * 100.0f ), & diff);

     // ---而后在旋转基础上累计平移量
    D3DXVECTOR3 Xdiff;
    D3DXVec3TransformCoord( & Xdiff, & D3DXVECTOR3(m_moveRight, 0.0f , 0.0f ), & diff);
    D3DXVECTOR3 Zdiff;
    D3DXVec3TransformCoord( & Zdiff, & D3DXVECTOR3( 0.0f , 0.0f ,m_moveForward), & diff);

     // ---根据平移计算Position
    m_cameraPosition  =  m_cameraPosition  +  Xdiff  +  Zdiff;
     // ---在已获得平移的基础上，根据旋转计算Target
    m_cameraTarget  =  m_cameraPosition  +  Adiff  +  Sdiff;

     // ---计算得最终的摄影矩阵

    D3DXMatrixLookAtLH( & m_viewMatrix, & (m_cameraPosition  +  Adiff), & m_cameraTarget, & m_cameraUp);
    m_moveForward  =   0 ;
    m_moveRight  =   0 ;
}

代码比较基础，给出了相对完整的注释~

矩阵运算的相关API说明，大家可以参看我在小组中发的这篇帖子：http://space.cnblogs.com/group/topic/32546/

需要说明一点问题：矩阵乘法不满足交换律。是以UpdateCamera()函数中关于旋转量与平移量的累计次序不可颠倒~

摄影机构建完毕之后，我们可以再简单构建一个参照系对象，来验证摄影机工作是否正常：

/* -------------------------------------

代码清单：CoordCross.h
来自： http://www.cnblogs.com/kenkao

------------------------------------- */

#include  " D3DInit.h "

#pragma  once

class  CCoordCross
{
public :
    CCoordCross( void );
     ~ CCoordCross( void );
public :
     void  Draw();
     void  Release();
private :
     void  InitVertices();
private :
    IDirect3DVertexBuffer9 *  m_pVB;
};

/* -------------------------------------

代码清单：CoordCross.吹泡泡~ 囧~
来自： http://www.cnblogs.com/kenkao

------------------------------------- */

#include  " StdAfx.h "
#include  " CoordCross.h "
#include  " D3DGame.h "

extern  IDirect3DDevice9  * g_pD3DDevice;

struct  VertexPositionColor{
    VertexPositionColor(){}
    VertexPositionColor( float  x,  float  y,  float  z, D3DCOLOR color){
        _x  =  x; _y  =  y; _z  =  z;
        _color  =  color;
    }
     float  _x, _y, _z;
    D3DCOLOR _color;
     static   const  DWORD FVF;
};
const  DWORD VertexPositionColor::FVF  =  (D3DFVF_XYZ  |  D3DFVF_DIFFUSE);

CCoordCross::CCoordCross( void ):m_pVB( 0 )
{
    InitVertices();
}

CCoordCross:: ~ CCoordCross( void )
{

}

void  CCoordCross::InitVertices()
{
    g_pD3DDevice -> CreateVertexBuffer(
         18   *   sizeof (VertexPositionColor),
        D3DUSAGE_WRITEONLY,
        VertexPositionColor::FVF,
        D3DPOOL_MANAGED,
         & m_pVB,
         0 );

    VertexPositionColor *  pVertices;
    m_pVB -> Lock( 0 , 0 ,( void ** ) & pVertices, 0 );

    pVertices[ 0 ]   =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 1 ]   =  VertexPositionColor( 5.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 2 ]   =  VertexPositionColor( 5.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 3 ]   =  VertexPositionColor( 4.5f , 0.5f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 4 ]   =  VertexPositionColor( 5.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 5 ]   =  VertexPositionColor( 4.5f , - 0.5f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);

    pVertices[ 6 ]   =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 7 ]   =  VertexPositionColor( 0.0f , 5.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 8 ]   =  VertexPositionColor( 0.0f , 5.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 9 ]   =  VertexPositionColor( 0.5f , 4.5f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 10 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 5.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 11 ]  =  VertexPositionColor( - 0.5f , 4.5f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);

    pVertices[ 12 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 0.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 13 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 5.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 14 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 5.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 15 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.5f , 4.5f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 16 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , 0.0f , 5.0f ,D3DXCOLOR_WHITE);
    pVertices[ 17 ]  =  VertexPositionColor( 0.0f , - 0.5f , 4.5f ,D3DXCOLOR_WHITE);

    m_pVB -> Unlock();

}

void  CCoordCross::Draw()
{
    g_pD3DDevice -> SetStreamSource( 0 ,m_pVB, 0 , sizeof (VertexPositionColor));
    g_pD3DDevice -> SetFVF(VertexPositionColor::FVF);
    g_pD3DDevice -> DrawPrimitive(D3DPT_LINELIST, 0 , 9 );
}

void  CCoordCross::Release()
{
    ReleaseCOM(m_pVB);
}

《龙书》中最为基本的基于顶点缓冲区的绘制方法~

如果您有不明白的地方可以翻看《龙书》，或者发表评论，我会尽量给出详尽的解答 ^ ^

最后是我们的主体代码部分：

D3DGame.cpp

/* -------------------------------------

代码清单：D3DGame.cpp
来自： http://www.cnblogs.com/kenkao

------------------------------------- */

#include  " StdAfx.h "
#include  " D3DGame.h "
#include  " D3DCamera.h "
#include  " CoordCross.h "
#include  < stdio.h >

HINSTANCE g_hInst;
HWND g_hWnd;
IDirect3D9        * g_pD3D         =  NULL;
IDirect3DDevice9  * g_pD3DDevice   =  NULL;
CMouseInput       * g_pMouseInput  =  NULL;
CKeyboardInput    * g_pKeyboardInput  =  NULL;
CD3DCamera        * g_pD3DCamera   =  NULL;
CCoordCross       * g_pCoordCross  =  NULL;

//  鼠标输入单元测试函数
void  TestMouseInput();
void  TestKeyboardInput();

void  Initialize(HINSTANCE hInst, HWND hWnd)
{
    g_hInst  =  hInst;
    g_hWnd   =  hWnd;
    InitD3D( & g_pD3D,  & g_pD3DDevice, hWnd);
    g_pMouseInput  =   new  CMouseInput;
    g_pMouseInput -> Initialize(hInst,hWnd);
    g_pKeyboardInput  =   new  CKeyboardInput;
    g_pKeyboardInput -> Initialize(hInst,hWnd);
    g_pD3DCamera  =   new  CD3DCamera;
}

void  LoadContent()
{
    g_pCoordCross  =   new  CCoordCross;
    g_pD3DCamera -> SetCameraPos(D3DXVECTOR3( 3.0f , 2.0f , - 8.0f ));
}

void  Update()
{
    g_pMouseInput -> GetState();
    g_pKeyboardInput -> GetState();
    g_pD3DCamera -> Update();
}

void  Draw()
{
    g_pD3DDevice -> SetTransform(D3DTS_VIEW, & g_pD3DCamera -> GetViewMatrix());
    g_pD3DDevice -> Clear( 0 , NULL, D3DCLEAR_TARGET  |  D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA( 100 , 149 , 237 , 255 ),  1.0f ,  0 );
     if (SUCCEEDED(g_pD3DDevice -> BeginScene())) 
    {
        g_pCoordCross -> Draw();
        g_pD3DDevice -> EndScene();
    }
    g_pD3DDevice -> Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
}

void  UnloadContent()
{
    ReleaseCOM(g_pCoordCross);
}

void  Dispose()
{
    ReleaseCOM(g_pD3DCamera);
    ReleaseCOM(g_pKeyboardInput);
    ReleaseCOM(g_pMouseInput);
    ReleaseCOM(g_pD3DDevice);
    ReleaseCOM(g_pD3D);
}

void  TestMouseInput()
{
    POINT point;
    g_pMouseInput -> GetState();
    g_pMouseInput -> GetPosition(point);
    TCHAR tmpText[ 50 ];
     if (g_pMouseInput -> LeftButton() == BUTTONSTATE_PRESSED)
    {
        sprintf(tmpText, " 鼠标左键已按下,X-Y坐标为(%d,%d) " ,point.x,point.y);
        MessageBox(NULL,tmpText, " 提示 " ,MB_OK | MB_ICONINFORMATION);
    }
     else   if (g_pMouseInput -> MiddleButton() == BUTTONSTATE_PRESSED)
    {
        sprintf(tmpText, " 鼠标滚轮已按下,X-Y坐标为(%d,%d) " ,point.x,point.y);
        MessageBox(NULL,tmpText, " 提示 " ,MB_OK | MB_ICONINFORMATION);
    }
     else   if (g_pMouseInput -> RightButton() == BUTTONSTATE_PRESSED)
    {
        sprintf(tmpText, " 鼠标右键已按下,X-Y坐标为(%d,%d) " ,point.x,point.y);
        MessageBox(NULL,tmpText, " 提示 " ,MB_OK | MB_ICONINFORMATION);
    }
}

void  TestKeyboardInput()
{
    TCHAR tmpText[ 50 ];
     //  获得键盘输入设备状态
    g_pKeyboardInput -> GetState();
     //  单键检测
     if (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_D))
    {
        sprintf(tmpText, " D键被按下 " );
        MessageBox(NULL,tmpText, " 提示 " ,MB_OK | MB_ICONINFORMATION);
    }
     //  组合键检测
     else   if (g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_A) & g_pKeyboardInput -> IsKeyDown(DIK_S))
    {
        sprintf(tmpText, " A&S组合键被按下 " );
        MessageBox(NULL,tmpText, " 提示 " ,MB_OK | MB_ICONINFORMATION);
    }
}

保留了两个测试函数，本例中没有用到~

最后是效果图：