Direct3D的设计基础

      1、相关基础知识

 

     C++知识、Win32 API基础、组件对象模型、数学基础、计算机图形学基础。

     

      2、Direct3D体系结构

      大多数Direct3D API设计开发的三维图形程序运行于硬件抽象层，既充分利用系统的硬件加速功能，又隐藏了硬件相关的设备特性。硬件模拟层可以在软件中模拟硬件的某些特性（早期），现在软件参考层。其系统集成如下图：

 

 

       3、Direct3D对象

 

        Microsoft Direct3D的一种实现方法是通过组件的对象模型（COM），及其接口实现。Direct3D对象是Direct3D程序中需要创建的第一个对象，也是需要最后一个释放的对象，这里所说的对象就是COM对象。通过Direct3D对象，可以枚举和检索Direct3D设备，这样应用程序的就可以在不需要创建设备对象的前提下选择Direct3D渲染设备。

 

    LPDIRCT3D9 g_pD3D=NULL;

    if( NULL==(g_pD3D=Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION)))

 

    4、Direct3D 设备对象

    Direct3D渲染设备是Direct3D的渲染组件，在程序中为一个COM对象，他封装和存储了渲染状态，还执行坐标变换和光照操作，并将图形显示表面上。

     4.1  Direct3D 设备类型

         HAL设备
最主要的设备类型是硬件抽象层（HAL）设备，它支持硬件加速的光栅化和软硬件顶点处理。如果应用程序所运行的计算机配置的显卡支持Direct3D，那么应用程序就应该用HAL设备进行3D操作。Direct3D HAL设备用硬件部分或全部实现了变换、光照及光栅化模块。

应用程序不直接访问三维加速卡，它们调用Direct3D的函数和方法，而Direct3D通过HAL访问硬件。如果应用程序在支持HAL的计算机上运行，那么通过使用HAL设备它将获得最佳的性能。

可以通过调用IDirect3D9::CreateDevice方法创建一个HAL设备，其中设备类型参数应该设为D3DDEVTYPE_HAL常数。

参考设备（REF设备）
      Direct3D支持另一种称为参考设备或参考光栅化器（reference rasterizer）的设备类型。与软件设备不同的是，参考光栅化器支持所有Direct3D特性。这个设备主要是为了调试使用，所以必须在安装了sdk的机器上才可用。因为这些特性的实现是为了精确而不是为了速度，并且是用软件实现，所以结果不会很快。虽然参考光栅化器尽可能地使用了特殊的CPU指令，但它不是为正式零售的应用程序准备的。应该仅把参考光栅化器用于特性测试或演示用途。

要创建一个参考设备，可调用IDirect3D9::CreateDevice方法，设备类型参数设为D3DDEVTYPE_REF常数。

HAL 和REF设备的比较
     HAL和REF设备是两种主要的D3D设备，前者以硬件支持为前提，速度很快但可能不支持所有功能；后者没有硬件加速，所以比较慢，但是可以正确地支持所有D3D特性。通常我们只需要HAL设备就够了，除非要用到显卡不支持的高级特性时，才需要退回到REF设备。

另一种可能用到REF设备的场合是在当用HAL设备画出的结果很奇怪的时候：程序的代码明明没错，但HAL设备画出的结果却是错的。因为REF设备画的东西保证是对的，这时候就可以用REF设备来调试应用程序。如果这时候错误还在，则可能是显卡硬件问题，也可能是显卡驱动程序的问题。

硬件顶点处理和软件顶点处理的比较
      硬件和软件顶点处理都只适用于HAL设备。当把顶点数据送到3D流水线的时候，这些顶点需要做坐标转换（依次做世界坐标、视图转换和投影转换）和光照，这个过程就是T&L。硬件顶点处理是指这个过程由硬件完成（当然需要硬件支持）；那软件顶点处理就是指T&L过程由软件完成（这个软件指D3D Runtime，不是驱动程序，驱动程序对应用程序来说是硬件）。通常的做法是先尝试创建一个硬件T&L的设备，如果失败则创建软硬件混合的设备，还是失败则创建软件顶点处理的HAL设备。

 

     5、创建Direct3D设备对象

     要创建Direct3D设备对象首先要创建Direct3D对象，然后自调用Direct3d对象的接口函数IDirect3D9：：CreateDevice创建D3D设备对象，通过同一个D3D对象创建的设备对象共享相同的物理资源。因为共享同一硬件，所以如果一个d3d对象创建多个设备对象会明显降低系统性能，在创建d3d设备对象之前，还需初始化D3DPRESENT_PARAMETERS 结构，该结构用于创建D3D设备对象，D3DPRESENT_PARAMETERS 结构定义了D3D设备对象的相关信息，而这些信息将会影响d3d设备对象的显示方法，D3DPRESENT_PARAMETERS 的结构定义如下：

typedef struct D3DPRESENT_PARAMETERS {
    UINT BackBufferWidth, BackBufferHeight;
    D3DFORMAT BackBufferFormat;
    UINT BackBufferCount;
    D3DMULTISAMPLE_TYPE MultiSampleType;
    DWORD MultiSampleQuality;
    D3DSWAPEFFECT SwapEffect;
    HWND hDeviceWindow;
    BOOL Windowed;
    BOOL EnableAutoDepthStencil;
    D3DFORMAT AutoDepthStencilFormat;
    DWORD Flags;
    UINT FullScreen_RefreshRateInHz;
    UINT PresentationInterval;
} D3DPRESENT_PARAMETERS, *LPD3DPRESENT_PARAMETERS;

6、Direct3D程序的基本结构

   *  创建一个windows窗口

   *初始化Direct3D，包括创建Direct3D对象和Direct3D设备对象以及要渲染的图形对象

   *消息循环

   *渲染图形

   * 清楚在初始化创建的所有COM对象，退出程序。

7、最简单的Direct3D程序

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// Desc: 最简单的Direct3D程序, 
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#include <d3d9.h>


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// 全局变量
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LPDIRECT3D9             g_pD3D       = NULL; //Direct3D对象
LPDIRECT3DDEVICE9       g_pd3dDevice = NULL; //Direct3D设备对象


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// Desc: 初始化Direct3D
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HRESULT InitD3D( HWND hWnd )
{
	//创建Direct3D对象, 该对象用来创建Direct3D设备对象
    if( NULL == ( g_pD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) ) )
        return E_FAIL;

	//设置D3DPRESENT_PARAMETERS结构, 准备创建Direct3D设备对象
    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp; 
    ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
    d3dpp.Windowed = TRUE;
    d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
    d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;

	//创建Direct3D设备对象
    if( FAILED( g_pD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,
                                      D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,
                                      &d3dpp, &g_pd3dDevice ) ) )
    {
        return E_FAIL;
    }

   return S_OK;
}


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// Desc: 释放创建对象
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VOID Cleanup()
{
	//释放Direct3D设备对象
    if( g_pd3dDevice != NULL) 
        g_pd3dDevice->Release();

	//释放Direct3D对象
    if( g_pD3D != NULL)
        g_pD3D->Release();
}


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// Desc: 渲染图形
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VOID Render()
{
    //清空后台缓冲区
    g_pd3dDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(45, 50, 170), 1.0f, 0 );
    
    //开始在后台缓冲区绘制图形
    if( SUCCEEDED( g_pd3dDevice->BeginScene() ) )
    {
        //在此在后台缓冲区绘制图形
    
        //结束在后台缓冲区渲染图形
        g_pd3dDevice->EndScene();
    }

    //将在后台缓冲区绘制的图形提交到前台缓冲区显示
    g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
}


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// Desc: 消息处理
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LRESULT WINAPI MsgProc( HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam )
{
    switch( msg )
    {
        case WM_DESTROY:
            Cleanup();
            PostQuitMessage( 0 );
            return 0;

        case WM_PAINT:
            Render();
            ValidateRect( hWnd, NULL );
            return 0;
    }

    return DefWindowProc( hWnd, msg, wParam, lParam );
}


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// Desc: 程序入口
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INT WINAPI WinMain( HINSTANCE hInst, HINSTANCE, LPSTR, INT )
{
    //注册窗口类
    WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L, 0L, 
                      GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,
                      L"ClassName", NULL };
    RegisterClassEx( &wc );

    //创建窗口
    HWND hWnd = CreateWindow( L"ClassName", L"最简单的Direct3D程序", 
                              WS_OVERLAPPEDWINDOW, 200, 100, 600, 500,
                              NULL, NULL, wc.hInstance, NULL );

    //初始化Direct3D
    if( SUCCEEDED( InitD3D( hWnd ) ) )
    { 
        //显示主窗口
		ShowWindow( hWnd, SW_SHOWDEFAULT );
		UpdateWindow( hWnd );

		//进入消息循环
		MSG msg;
		ZeroMemory( &msg, sizeof(msg) );
		while( msg.message!=WM_QUIT )
		{
			if( PeekMessage( &msg, NULL, 0U, 0U, PM_REMOVE ) )
			{
				TranslateMessage( &msg );
				DispatchMessage( &msg );
			}
			else
			{
				Render();  //渲染图形
			}
		}
    }

    UnregisterClass( L"ClassName", wc.hInstance );
    return 0;
}

 

6.1  工程项目和开发环境设置

  单击项目名称，右键，选项目属性，进入【连接器】》【输入】》【附加依赖项】后面输入： d3d9.lib，连接到Direct3D的库； 
另外一个操作是 ：【连接器】》【系统】》【子系统】改为：Windows。 
可以解决这个问题： 

error LNK2019: 无法解析的外部符号 _main，该符号在函数 ___tmainCRTStartup 中被引用 LIBCMT.lib 
这个错误怎么解决 



这个错误的解决方法，工程属性，---》连接器＝＝＝》系统 ---》子系统=--》改成windows 



错误的原因一般是在控制台的程序中使用了windows.h这个头文件，或者mfc相关的类库，因为vc程序编译的时候，c runtime链接的库是不同的，入口函数不同，库的实现也有不同，所以会造成链接的错误。 

6.2 程序分析（略）