D3D中的Z缓存使用示例

D3D中的Z缓存使用示例

在渲染多边形网格对象到场景中的时候，离观察者越远的对象应该越模糊，同时离观察者越近的物体应该越清楚，这就是深度排序（depth sorting）。深度排序有两种常用的方法。

第一种方法称为画家算法（painter's algorithm）。这种方法将对象划分成不同的多边形，由后往前对这些多边形进行排序，再按照排好的顺序绘制出这些多边形。采用这种方法绘制多边形，能够确保前面的多边形总是在其后多边形之前进行绘制。

深度排序的第二种方法称为z缓冲方法（z- buffer），它是图形硬件设备使用最多的方法。这种方法依赖于像素，每个像素都有一个z值（z值是像素距离观察者的距离）。当每个像素被写入时，渲染器首先检查是否已经存在一个z值更小的像素，如果不存在，这个像素就被绘制出来；如果存在，就跳过该像素。

许多 3D图形加速卡都有一个内置的z缓冲，这也是深度排序选择z缓冲方法的原因。在应用程序中使用z缓冲，最容易的方法就是在创建设备对象以及设置显示方式的时候初始化z缓冲，如下所示：

   D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;

   ZeroMemory( & d3dpp,  sizeof (d3dpp));

  d3dpp.Windowed                 =  TRUE;
  d3dpp.SwapEffect               =  D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
  d3dpp.BackBufferFormat         =  d3ddm.Format;
  d3dpp.EnableAutoDepthStencil   =  TRUE;
  d3dpp.AutoDepthStencilFormat   =  D3DFMT_D16;

   if (FAILED(g_pD3D -> CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, g_hWnd,
                                 D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,  & d3dpp,  & g_pD3DDevice)))
     return  FALSE;

   //  Set the rendering states
  g_pD3DDevice -> SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);
  g_pD3DDevice -> SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);

同时在绘制每帧之前应该用IDirect3DDevice9::Clear来清除z缓存。

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

完整代码如下所示：

/* **************************************************************************************
PURPOSE:
    ZBuffer 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 )

#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[]  =   " ZBufferClass " ;
static   char  g_caption[]     =   " ZBuffer Demo " ;

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

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

#define  VERTEX_FVF   (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_DIFFUSE)

IDirect3DVertexBuffer9 *  g_vertex_buffer  =  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);
}

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

     //  initialize vertex data
    VERTEX verts[]  =  {
      {  - 100.0f ,  - 100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },
      {  - 100.0f ,   100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },
      {   100.0f ,  - 100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },
      {   100.0f ,   100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },
      {  - 100.0f ,  - 100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },
      {  - 100.0f ,   100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 255 , 0 , 0 , 255 ) },

      {  - 100.0f ,  - 100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 0 , 0 , 255 , 255 ) },
      {  - 100.0f ,   100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 0 , 0 , 255 , 255 ) },
      {   100.0f ,  - 100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 0 , 0 , 255 , 255 ) },
      {   100.0f ,   100.0f ,  0.0f , D3DCOLOR_RGBA( 0 , 0 , 255 , 255 ) },
    }; 

     //  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

     //  disable d3d lighting
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);
     //  enable z-buffer
    g_d3d_device -> SetRenderState(D3DRS_ZENABLE, D3DZB_TRUE);

     //  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 ,  1.33333 ,  1.0 ,  1000.0 );

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

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

    g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_VIEW,  & mat_view);

     //  create the vertex buffer and set data
    g_d3d_device -> CreateVertexBuffer( sizeof (verts),  0 , VERTEX_FVF, D3DPOOL_DEFAULT,  & g_vertex_buffer, NULL);

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

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

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

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Release all d3d resource.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Do_Shutdown()
{
    Safe_Release(g_vertex_buffer);
    Safe_Release(g_d3d_device);
    Safe_Release(g_d3d);

     return  TRUE;
}

// --------------------------------------------------------------------------------
//  Render a frame.
// --------------------------------------------------------------------------------
BOOL Do_Frame()
{
    D3DXMATRIX mat_world;

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

     //  Begin scene
     if (SUCCEEDED(g_d3d_device -> BeginScene()))
    {
         //  set the vertex stream, shader.

         //  binds a vertex buffer to a device data stream
        g_d3d_device -> SetStreamSource( 0 , g_vertex_buffer,  0 ,  sizeof (VERTEX));

         //  set the current vertex stream declation
        g_d3d_device -> SetFVF(VERTEX_FVF);

         //  create and set the world transformation matrix
         //  rotate object along y-axis
        D3DXMatrixRotationY( & mat_world, ( float ) (timeGetTime()  /   1000.0 ));
        
        g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_WORLD,  & mat_world);              

         //  renders a sequence of noindexed, geometric primitives of the specified type from the current set
         //  of data input stream.
        g_d3d_device -> DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP,  0 ,  4 );

         //  draw next four polygons, but rotate on z-axis.
        D3DXMatrixRotationZ( & mat_world,  - ( float )(timeGetTime()  /   1000.0 ));
        g_d3d_device -> SetTransform(D3DTS_WORLD,  & mat_world);
        g_d3d_device -> DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP,  6 ,  2 );

         //  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：