DX9入门笔记1-D3D初始化

对3D编程期待已久，却一直叶公好龙浅尝辄止。近期在公司实习却无具体的工作安排，琢磨着学习个新的手艺，就又想起了3D Programming。这次从大名鼎鼎的龙书（Introduction to 3D Game Progamming with Directx 9.0）开始学起，坚持…
作为入门的第一篇笔记，本文对D3D初始化过程做了总结。DirectX3D的初始化需要做两部分工作：创建一个窗口、创建IDirect3DDevice9对象，窗口用于展示D3D渲染出来的场景；IDirect3DDevice9则是一个C++对象，表示用来displaying3D图形的物理设备。本文也主要包含两个部分：
1. D3D的初始化
2. 龙书中使用简单框架的代码分析

1.D3D的初始化

龙书中将一个D3D的初始化过程分为4个步骤：
1. 获取IDirect3D9接口的指针，该接口通常用于取得物理设备信息和创建IDirect3DDevice9对象。
2. 检测设备的处理能力（D3DCAPS9），检测显示适配器（display adapter）是否支持顶点的硬件处理。
3. 初始化结构体D3DPRESENT_PARAMETERS，该结构指定了一些参数用来创建IDirect3DDevice9。
4. 创建IDeirect3DDevice9对象。

1.1取得IDirect3D9指针

D3D中有专门的函数来获取IDirect3D9指针

 IDirect3D9* d3d9 = NULL; d3d9 = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION);

D3D_SDK_VERSION是创建IDirect3D9唯一需要的参数，该参数能够保证程序是基于当前版本的DirectX生成的。

1.2 检测硬件的处理能力

在创建IDirect3DDevice9时需要指定其顶点处理类型（硬件或者软件），硬件顶点处理速度较快，但是不是所有的显示适配器都具有该能力。可以调用函数GetDeviceCaps，该函数的原型如下

HRESULT IDirect3D9::GetDeviceCaps(
    UINT Adapter,
    D3DDEVTYPE DeviceType,
    D3DCAPS9 *pCaps
);

1. Adpater 指定要检测的显示适配器
2. DeviceType 硬件类型，D3DDEVTYPE_HAL（硬件设备）、D3DDEVTYPE_REF（软件设备）。
3. pCaps 返回D3DCAPS9结构，包含了硬件的所支持的各种特性。

// 检查硬件的顶点处理能力
D3DCAPS9 caps;
d3d9->GetDeviceCaps(D3DADAPTER_DEFAULT, deviceType, &caps);

int vp = 0 ; //顶点处理类型
if(caps.DevCaps & D3DDEVCAPS_HWTRANSFORMANDLIGHT)
    vp  = D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING;
else
    vp = D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING;

1.3 初始化 D3DPRESENT_PARAMETERS

D3DPRESENT_PARAMETERS用于指定IDirect3Device9的一些特性，其声明如下：

typedef struct _D3DPRESENT_PARAMETERS_
{
    UINT                BackBufferWidth;
    UINT                BackBufferHeight;
    D3DFORMAT           BackBufferFormat;
    UINT                BackBufferCount;

    D3DMULTISAMPLE_TYPE MultiSampleType;
    DWORD               MultiSampleQuality;

    D3DSWAPEFFECT       SwapEffect;
    HWND                hDeviceWindow;
    BOOL                Windowed;
    BOOL                EnableAutoDepthStencil;
    D3DFORMAT           AutoDepthStencilFormat;
    DWORD               Flags;

    /* FullScreen_RefreshRateInHz must be zero for Windowed mode */
    UINT                FullScreen_RefreshRateInHz;
    UINT                PresentationInterval;
} D3DPRESENT_PARAMETERS;

• BackBufferWidth,BackBufferHeight bakck buffer的宽和高
• BackBufferFormat back buffer的像素格式，例如：D3DFMT_A8R8G8B8
• BackBufferCount back buffer的数量，通常为1
• MultiSampleType,MultiSampleQuality 抗锯齿的类型和质量
• SwapEffect 指定buffer在交换链（flipping chain）是如何被交换的，改值是D3DSWAPEFFECT类型的枚举，其中D3DSWAPEFFECT_DISCARD是效率 最高的。
• hDeviceWindow 用于绘制的窗口句柄
• Windowed 是窗口模式还是全屏，true为全屏。
• EnableAutoDepthStencil 设置为true，D3D将自动的创建深度/模板buffer
• AutoDepthStencilFormat 深度/模板buffer的格式
• Flags 附加的一些特性，可以指定为0或者D3DPRESENTFLAG中某个值。比较推荐下面两个值
  
  • D3DPRESENTFLAG_LOCKABLE_BACKBUFFER back buffer能给被锁定，这会降低程序的性能。
  • D3DPRESENTFLAG_DISCARD_DEPTHSTENCIL 在present下一个buffer时，当前的深度/模板buffer会被“丢弃(discard)”，这有利于提升程序的性能。”discard“的意思是深度/模板buffer所占用的存储空间会被丢弃或者不可用。
• FullScreen_RefreshRateInHz 刷新频率，使用D3DPRESENT_RATE_DEFAULT指定为默认的刷新频率。
• PresentationInterval D3DPRESENT成员，两个常用的标志
  
  • D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE 立即呈现
  • D3DPRESENT_INTERVAL_DEFAULT D3D选中呈现的速度，通常等于刷新率。
    D3DPRESENT_PARAMETERS的填充如下

    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;

    d3dpp.BackBufferWidth            = width;
    d3dpp.BackBufferHeight           = height;
    d3dpp.BackBufferFormat           = D3DFMT_A8R8G8B8;
    d3dpp.BackBufferCount            = 1;
    d3dpp.MultiSampleType            = D3DMULTISAMPLE_NONE;
    d3dpp.MultiSampleQuality         = 0;
    d3dpp.SwapEffect                 = D3DSWAPEFFECT_DISCARD; 
    d3dpp.hDeviceWindow              = hwnd;
    d3dpp.Windowed                   = windowed;
    d3dpp.EnableAutoDepthStencil     = true; 
    d3dpp.AutoDepthStencilFormat     = D3DFMT_D24S8;
    d3dpp.Flags                      = 0;
    d3dpp.FullScreen_RefreshRateInHz = D3DPRESENT_RATE_DEFAULT;
    d3dpp.PresentationInterval       = D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE;

1.4 创建IDirect3Device9

填充D3DPRESENT_PARAMETERS后，IDirect3Device9就很简单了

d3d9->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT,deviceType,hwnd,vp,&d3dpp,device);

2. 简单框架 d3dUtility.h/cpp

在龙书的第二章提供了一个简单框架，用于D3D的初始化工作。
d3dUtility.h如下：

namespace d3d
{
    bool InitD3D(HINSTANCE hInstance, //应用程序实例
        int width,int height, //Back buffer的size
        bool windowed, //是否全屏
        D3DDEVTYPE deviceType, //设备类型 HAL或者REF
        IDirect3DDevice9** device); // 创建的设备 [out]

    int EnterMsgLoop(bool (*ptr_display)(float timeDelta));

    LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd,UINT message,WPARAM wParam,LPARAM lParam);

    template<class T> void Release(T t)
    {
        if(t)
        {
            t->Release();
            t = NULL;
        }
    }

    template<class T> void Delete(T t)
    {
        if(t)
        {
            delete t;
            t = NULL;
        }
    }
}

函数Init3D创建程序的主窗口，并进行D3D的初始化工作，初始化完成返回IDirect3Device9的指针。
EnterMsgLoop 进入窗口的消息循环，它的参数是一个显示函数，该函数是用于图形的绘制。
Release 用于释放一个COM接口
Delete 用于删除一个对象
WndProc 是窗口的消息处理函数。

2.1 乱码处理

VS中的项目编码默认的是Unicode，这样在进行一些字符串处理（例如设置窗口标题）非常容易出现乱码。这就需要加入头文件tchar.h

#include <tchar.h>

在使用字符串的时候使用宏_T转换就可以避免乱码，例如：

wc.lpszClassName = _T("Direct3D9App");

2.2 PeekMessage 和 GetMessage的区别

在该框架中，进入窗口循环的代码如下：

int d3d::EnterMsgLoop(bool (*ptr_display)(float timeDelta))
{
    MSG msg;
    ::ZeroMemory(&msg,sizeof(MSG));

    static float lastTime = (float)timeGetTime();

    while(msg.message != WM_QUIT)
    {
        if(::PeekMessage(&msg,0,0,0,PM_REMOVE))
        {
            ::TranslateMessage(&msg);
            ::DispatchMessage(&msg);
        }
        else
        {
            float currTime = static_cast<float>(timeGetTime());
            float timeDelta = (currTime - lastTime) * 0.001f;

            ptr_display(timeDelta);

            lastTime = currTime;
        }
    }
    return msg.wParam;
}

在上述代码中取得消息使用的是PeekMessage而不是常用的GetMessage。PeekMessage和GetMessage都是从消息队列中抓取消息，如果消息队列为空，程序的主线程会被操作系统挂起。过一段时间，当操作系统再次执行该线程时，如果消息队列仍然为空，这时这两个函数的行为则就不一样了：
* GetMessage 会直接返回，阻塞当前线程，操作系统去执行其他的线程。
* PeekMessage 则不同，它会取回控制权，使得当前线程再执行一段时间。上面的代码中，消息队列如果为空就执行display函数绘制图形。

3 总结

本文是龙书第二章的学习笔记，首先总结了D3D初始化的4个步骤，最后对龙书中提供的代码框架作为分析，并对出现的乱码问题和PeekMessage作了分析。