D3D中粒子效果实现示例

D3D中粒子效果实现示例

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大爆炸，烟雾痕迹甚至魔术飞弹尾部发出的微小火花，都是粒子(particle)所制造出来的特殊效果。在适当的时机，启用alpha混合并绘制粒子，这样粒子就能朝向观察点（使用公告板），得到的结果就是混合对象的抽象拼贴，他们可以用于创建一些奇妙的效果。

粒子奇妙的地方就在于粒子的大小实际上是任意的，原因在于可以创建一个缩放矩阵，使其同粒子多边形的世界变换矩阵结合起来。也就是说，除非粒子纹理不同，否则只需要使用一个多边形来绘制所有的粒子，无论如何，多边形的数目都必须同纹理的数目保持一致。

还需要创建粒子图像，图像中心为一个实心（不透明）圆形，向图像的边缘延伸，图像逐渐变透明，如下图所示：



接着，需要设置4个顶点，这4个顶点使用了2个多边形（可以使用三角形带进行优化）。顶点的坐标表示粒子的缺省大小，稍后需要将粒子进行缩放，以适合这个大小。每个粒子都可以拥有独特的属性，包括粒子颜色（通过使用材质来实现）。

接下来，将这个结构体同一个含有两个多边形（创建一个正方形）的顶点缓冲结合起来，以便将多边形渲染到3D设备上。在被绘制出来之前，每个粒子都需要通过它自己的世界矩阵进行定向（当然使用公告板）。然后将世界变换矩阵同每个粒子的缩放变换矩阵组合起来，再设置一个材质（使用 IDirect3DDevice::SetMaterial函数），用来改变粒子的颜色。最后，绘制粒子。

完整源码如下所示：

/* **************************************************************************************
PURPOSE:
    Particle Demo

Required libraries:
  WINMM.lib, D3D9.LIB, D3DX9.LIB.
 ************************************************************************************** */

#include  < windows.h >
#include  < stdio.h >
#include  " d3d9.h "
#include  " d3dx9.h "

#pragma comment(lib,  " winmm.lib " )
#pragma comment(lib,  " d3d9.lib " )
#pragma comment(lib,  " d3dx9.lib " )

#pragma warning(disable :  4305   4244 )

#define  WINDOW_WIDTH    400
#define  WINDOW_HEIGHT   400

#define  Safe_Release(p) if((p)) (p)->Release();

//  window handles, class and caption text.
HWND g_hwnd;
HINSTANCE g_inst;
static   char  g_class_name[]  =   " ParticleClass " ;
static   char  g_caption[]     =   " Particle Demo " ;

//  the Direct3D and device object
IDirect3D9 *  g_d3d  =  NULL;
IDirect3DDevice9 *  g_d3d_device  =  NULL;

//  the particle vertex buffer and texture
IDirect3DVertexBuffer9 *  g_particle_vb  =  NULL;
IDirect3DTexture9 *       g_particle_texture  =  NULL;

//  The particle vertex format and descriptor
typedef  struct
{
     float  x, y, z;       //  3D coordinates    
    D3DCOLOR diffuse;    //  color
     float  u, v;          //  texture coordinates
} VERTEX;

#define  VERTEX_FVF   (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_DIFFUSE | D3DFVF_TEX1)

//  create a structure for tracking particles
struct  PARTICLE
{
     float  x_pos, y_pos, z_pos;   //  coordinate
     float  x_add, y_add, z_add;   //  movement values
     float  red, green, blue;      //  colors
     long   timer, counter;        //  current and update counter

    PARTICLE()
    {
         //  position particle at origin
        x_pos  =  y_pos  =  z_pos  =   0.0 ;

         //  get a random update counter
        counter  =  rand()  %   50   +   10 ;
        timer  =   0 ;

         //  get a random speed
        x_add  =  ( float )(rand()  %   11 )  -   5.0 ;
        y_add  =  ( float )(rand()  %   11 )  -   5.0 ;
        z_add  =  ( float )(rand()  %   11 )  -   5.0 ;

         //  get a random color
        red    =  ( float )(rand()  %   101 )  /   100.0 ;
        green  =  ( float )(rand()  %   101 )  /   100.0 ;
        blue   =  ( float )(rand()  %   101 )  /   100.0 ;
    }
};

PARTICLE *  g_particles  =  NULL;

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Window procedure.
// --------------------------------------------------------------------------------
long  WINAPI Window_Proc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
     switch (msg)
    {
     case  WM_DESTROY:
        PostQuitMessage( 0 );
         return   0 ;
    }

     return  ( long ) DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Copy vertex data into vertex buffer, create texture from file.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Setup_Particles()
{
    BYTE *  vertex_ptr;

    VERTEX verts[]  =  {
        {  - 50.0f ,  50.0f ,  0.0f ,  0xFFFFFFFF ,  0.0f ,  0.0f  },
        {   50.0f ,  50.0f ,  0.0f ,  0xFFFFFFFF ,  1.0f ,  0.0f  },
        {  - 50.0f ,   0.0f ,  0.0f ,  0xFFFFFFFF ,  0.0f ,  1.0f  },
        {   50.0f ,   0.0f ,  0.0f ,  0xFFFFFFFF ,  1.0f ,  1.0f  }
    };    

     //  create vertex buffers and stuff in data       
     if (FAILED(g_d3d_device -> CreateVertexBuffer( sizeof (verts),  0 , VERTEX_FVF, D3DPOOL_DEFAULT,  & g_particle_vb, NULL)))   
         return  FALSE;   

     //  locks a range of vertex data and obtains a pointer to the vertex buffer memory
     if (FAILED(g_particle_vb -> Lock( 0 ,  0 , ( void ** ) & vertex_ptr,  0 )))
         return  FALSE;

    memcpy(vertex_ptr, verts,  sizeof (verts));

     //  unlocks vertex data
    g_particle_vb -> Unlock();    

     //  get textures    
    D3DXCreateTextureFromFile(g_d3d_device,  " Particle.bmp " ,  & g_particle_texture);    
    
     //  create some particles
    g_particles  =   new  PARTICLE[ 512 ];

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Initialize d3d, d3d device, vertex buffer, texutre; set render state for d3d;
//  set perspective matrix.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Do_Init()
{
    D3DPRESENT_PARAMETERS present_param;
    D3DDISPLAYMODE  display_mode;
    D3DXMATRIX mat_proj, mat_view;    

     //  do a windowed mode initialization of Direct3D
     if ((g_d3d  =  Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION))  ==  NULL)
         return  FALSE;

     //  retrieves the current display mode of the adapter
     if (FAILED(g_d3d -> GetAdapterDisplayMode(D3DADAPTER_DEFAULT,  & display_mode)))
         return  FALSE;

    ZeroMemory( & present_param,  sizeof (present_param));

     //  initialize d3d presentation parameter
    present_param.Windowed                =  TRUE;
    present_param.SwapEffect              =  D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
    present_param.BackBufferFormat        =  display_mode.Format;
    present_param.EnableAutoDepthStencil  =  TRUE;
    present_param.AutoDepthStencilFormat  =  D3DFMT_D16;

     //  creates a device to represent the display adapter
     if (FAILED(g_d3d -> CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, g_hwnd,
                                  D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,  & present_param,  & g_d3d_device)))
         return  FALSE;     

     //  set render state

     //  enable d3d lighting
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, TRUE);
     //  enable z-buffer
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);
     //  set ambient light to highest level (to see particles)
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_AMBIENT,  0xFFFFFFFF );

     //  create and set the projection matrix

     //  builds a left-handed perspective projection matrix based on a field of view
    D3DXMatrixPerspectiveFovLH( & mat_proj, D3DX_PI / 4.0 ,  1.0 ,  1.0 ,  1000.0 );

     //  sets a single device transformation-related state
    g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_PROJECTION,  & mat_proj);

     //  create and set the view transformation
    D3DXMatrixLookAtLH( & mat_view,  & D3DXVECTOR3( 0.0f ,  0.0f ,  - 500.0f ),  & D3DXVECTOR3( 0.0f ,  0.0f ,  0.0f ), 
                        & D3DXVECTOR3( 0.0f ,  1.0f ,  0.0f ));

    g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_VIEW,  & mat_view);

     //  create the meshes
    Setup_Particles();    

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Release all d3d resource.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Do_Shutdown()
{
    delete[] g_particles;

    Safe_Release(g_particle_vb);
    Safe_Release(g_particle_texture);    
    Safe_Release(g_d3d_device);
    Safe_Release(g_d3d);

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Render a frame.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Do_Frame()
{
    D3DXMATRIX mat_view, mat_world, mat_transposed, mat_transform;
     static  D3DMATERIAL9 s_material;
     static  BOOL  s_is_mat_init  =  TRUE;
     static  DWORD s_counter  =  timeGetTime();

     //  limit to 30fps
     if (timeGetTime()  <  s_counter + 33 )
         return  TRUE;

    s_counter  =  timeGetTime();

     //  configure the material if first time called
     if (s_is_mat_init  =  TRUE)
    {
        s_is_mat_init  =  FALSE;
        ZeroMemory( & s_material,  sizeof (s_material));
        s_material.Diffuse.a  =  s_material.Ambient.a  =   0.5f ;
    }

     //  clear device back buffer
    g_d3d_device -> Clear( 0 , NULL, D3DCLEAR_TARGET  |  D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA( 0 ,  64 ,  128 ,  255 ),  1.0f ,  0 );    

     //  Begin scene
     if (SUCCEEDED(g_d3d_device -> BeginScene()))
    {
         //  set the particle source, shader, texture.            
        g_d3d_device -> SetStreamSource( 0 , g_particle_vb,  0 ,  sizeof (VERTEX));
        g_d3d_device -> SetFVF(VERTEX_FVF);
        g_d3d_device -> SetTexture( 0 , g_particle_texture);

         //  get and set the transposed view matrix (billboard technique)
        g_d3d_device -> GetTransform(D3DTS_VIEW,  & mat_view);
        D3DXMatrixTranspose( & mat_transposed,  & mat_view);

         //  enable alpha blending
        g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE);
        g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA);
        g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_ONE);    

         //  loop through all particles and draw them
         for ( short  i  =   0 ; i  <   512 ; i ++ )
        {
             //  move particle first
            g_particles[i].x_pos  +=  g_particles[i].x_add;
            g_particles[i].y_pos  +=  g_particles[i].y_add;
            g_particles[i].z_pos  +=  g_particles[i].z_add;

             //  reverse movements if past counter
             if ((g_particles[i].timer  +=   1 )  >=  g_particles[i].counter)
            {
                g_particles[i].timer  =   0 ;
                g_particles[i].x_add  *=   - 1.0f ;
                g_particles[i].y_add  *=   - 1.0f ;
                g_particles[i].z_add  *=   - 1.0f ;
            }

             //  setup the particle's world transformation
            D3DXMatrixTranslation( & mat_transform, g_particles[i].x_pos, g_particles[i].y_pos, g_particles[i].z_pos);
            D3DXMatrixMultiply( & mat_world,  & mat_transform,  & mat_transposed);
            g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_WORLD,  & mat_world);

             //  set the particle's material
            s_material.Diffuse.r  =  s_material.Ambient.r  =  g_particles[i].red;
            s_material.Diffuse.g  =  s_material.Ambient.g  =  g_particles[i].green;
            s_material.Diffuse.b  =  s_material.Ambient.b  =  g_particles[i].blue;
                
             //  Sets the material properties for the device
            g_d3d_device -> SetMaterial( & s_material);

             //  draw the particle
            g_d3d_device -> DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP,  0 ,  2 );
        }        

         //  release texture
        g_d3d_device -> SetTexture( 0 , NULL);

         //  end the scene
        g_d3d_device -> EndScene();
    }

     //  present the contents of the next buffer in the sequence of back buffers owned by the device
    g_d3d_device -> Present(NULL, NULL, NULL, NULL);

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Main function, routine entry.
// --------------------------------------------------------------------------------
int  WINAPI WinMain(HINSTANCE inst, HINSTANCE, LPSTR cmd_line,  int  cmd_show)
{
    WNDCLASSEX  win_class;
    MSG         msg;

    g_inst  =  inst;

     //  create window class and register it
    win_class.cbSize         =   sizeof (win_class);
    win_class.style          =  CS_CLASSDC;
    win_class.lpfnWndProc    =  Window_Proc;
    win_class.cbClsExtra     =   0 ;
    win_class.cbWndExtra     =   0 ;
    win_class.hInstance      =  inst;
    win_class.hIcon          =  LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
    win_class.hCursor        =  LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
    win_class.hbrBackground  =  NULL;
    win_class.lpszMenuName   =  NULL;
    win_class.lpszClassName  =  g_class_name;
    win_class.hIconSm        =  LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);

     if ( !  RegisterClassEx( & win_class))
         return  FALSE;

     //  create the main window
    g_hwnd  =  CreateWindow(g_class_name, g_caption, WS_CAPTION  |  WS_SYSMENU,  0 ,  0 ,
                          WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT, NULL, NULL, inst, NULL);

     if (g_hwnd  ==  NULL)
         return  FALSE;

    ShowWindow(g_hwnd, SW_NORMAL);
    UpdateWindow(g_hwnd);

     //  initialize game
     if (Do_Init()  ==  FALSE)
         return  FALSE;

     //  start message pump, waiting for signal to quit.
    ZeroMemory( & msg,  sizeof (MSG));

     while (msg.message  !=  WM_QUIT)
    {
         if (PeekMessage( & msg, NULL,  0 ,  0 , PM_REMOVE))
        {
            TranslateMessage( & msg);
            DispatchMessage( & msg);
        }
        
         //  draw a frame
         if (Do_Frame()  ==  FALSE)
             break ;
    }

     //  run shutdown function
    Do_Shutdown();

    UnregisterClass(g_class_name, inst);
    
     return  ( int ) msg.wParam;
}

效果图: