Projektowanie gier 3D. Wprowadzenie do technologii DirectX 11

SPIS TREŚCI......Page 5
PODZIĘKOWANIA......Page 19
WSTĘP......Page 21
CZĘŚĆ I. PODSTAWY MATEMATYCZNE......Page 33
1.1. WEKTORY......Page 35
1.1.1. Wektory i układy współrzędnych......Page 36
1.1.3. Podstawowe działania na wektorach......Page 38
1.2. DŁUGOŚĆ I WEKTORY JEDNOSTKOWE......Page 40
1.3. ILOCZYN SKALARNY......Page 42
1.3.1. Ortogonalizacja......Page 44
1.4. ILOCZYN WEKTOROWY......Page 46
1.4.2. Ortogonalizacja z iloczynem wektorowym......Page 47
1.5. PUNKTY......Page 48
1.6. WEKTORY XNA MATH......Page 49
1.6.1. Typy wektorowe......Page 50
1.6.2. Metody ładujące i metody zapisujące......Page 51
1.6.3. Przekazywanie argumentów......Page 52
1.6.4. Stałe wektorowe......Page 53
1.6.6. Przydatne funkcje......Page 54
1.6.7. Funkcje ustawiające......Page 55
1.6.8. Funkcje wektorowe......Page 56
1.6.9. Błąd obliczeń zmiennoprzecinkowych......Page 59
1.7. PODSUMOWANIE......Page 60
1.8. ĆWICZENIA......Page 61
2.1. DEFINICJA......Page 65
2.2.1. Definicja......Page 67
2.2.2. Mnożenie macierzy przez wektor......Page 68
2.3. MACIERZ TRANSPONOWANA......Page 69
2.4. MACIERZ JEDNOSTKOWA......Page 70
2.5. WYZNACZNIK MACIERZY......Page 71
2.5.2. Definicja......Page 72
2.7. MACIERZ ODWROTNA......Page 74
2.8.1. Typy macierzowe......Page 76
2.8.3. Przykładowy program z macierzami XNA......Page 78
2.9. PODSUMOWANIE......Page 80
2.10. ĆWICZENIA......Page 81
3.1.1. Definicja......Page 85
3.1.2. Reprezentacja macierzowa......Page 86
3.1.3. Skalowanie......Page 87
3.1.4. Obrót......Page 89
3.2.1. Współrzędne jednorodne......Page 91
3.2.2. Definicja i reprezentacja macierzowa......Page 92
3.2.3. Przesunięcie......Page 93
3.2.5. Interpretacja geometryczna macierzy przekształcenia afinicznego......Page 95
3.3. SKŁADANIE PRZEKSZTAŁCEŃ......Page 97
3.4. PRZEKSZTAŁCENIA ZAMIANY WSPÓŁRZĘDNYCH......Page 98
3.4.1. Wektory......Page 99
3.4.2. Punkty......Page 100
3.4.3. Reprezentacja macierzowa......Page 101
3.4.5. Macierze odwrotne i macierze zamiany współrzędnych......Page 102
3.5. MACIERZ PRZEKSZTAŁCENIA KONTRA MACIERZ ZAMIANY WSPÓŁRZĘDNYCH......Page 103
3.6. FUNKCJE PRZEKSZTAŁCAJĄCE XNA MATH......Page 105
3.7. PODSUMOWANIE......Page 106
3.8. ĆWICZENIA......Page 107
CZĘŚĆ II. PODSTAWY DIRECT3D......Page 113
4.1.1. Przegląd Direct3D......Page 115
4.1.3. Tekstury i formaty zasobów......Page 116
4.1.4. Łańcuch wymiany i stronicowanie......Page 117
4.1.5. Buforowanie głębokości......Page 118
4.1.6. Widoki zasobów tekstury......Page 121
4.1.7. Teoria wielokrotnego próbkowania......Page 122
4.1.9. Możliwości sprzętu......Page 124
4.2. INICJALIZACJA DIRECT3D......Page 125
4.2.1. Tworzenie urządzenia i kontekstu......Page 126
4.2.2. Sprawdzenie obsługiwanego poziomu jakości antyaliasingu z 4-krotnym próbkowaniem......Page 128
4.2.3. Opis łańcucha wymiany......Page 129
4.2.4. Tworzenie łańcucha wymiany......Page 130
4.2.5. Tworzenie widoku celu renderowania......Page 131
4.2.6. Tworzenie bufora i widoku głębokości/szablonu......Page 132
4.2.8. Ustawienie okna widoku......Page 135
4.3.1. Licznik wydajności......Page 137
4.3.2. Klasa GameTimer......Page 138
4.3.3. Okresy między klatkami......Page 139
4.3.4. Czas całkowity......Page 140
4.4. SZKIELET PRZYKŁADOWYCH APLIKACJI......Page 143
4.4.1. D3DApp......Page 144
4.4.2. Metody niezwiązane ze szkieletem......Page 145
4.4.3. Metody szkieletu......Page 146
4.4.4. Statystyki klatek......Page 147
4.4.5. Obsługa komunikatów......Page 148
4.4.6. Tryb pełnoekranowy......Page 150
4.4.7. Aplikacja „Init Direct3D”......Page 151
4.5. WYKRYWANIE BŁĘDÓW W APLIKACJACH DIRECT3D......Page 152
4.6. PODSUMOWANIE......Page 154
4.7. ĆWICZENIA......Page 155
5.1. ZŁUDZENIE TRÓJWYMIAROWOŚCI......Page 159
5.2. REPREZENTACJA MODELU......Page 162
5.3. KOLORY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ......Page 163
5.3.2. Kolor 128-bitowy......Page 165
5.3.3. Kolor 32-bitowy......Page 166
5.5.2. Topologia prymitywów......Page 168
5.5.3. Indeksy......Page 173
5.6.1. Przestrzeń lokalna i przestrzeń świata......Page 175
5.6.2. Przestrzeń widoku......Page 179
5.6.3. Rzutowanie i jednorodna przestrzeń obcinania......Page 182
5.7. ETAPY TESELACJI......Page 190
5.9. OBCINANIE......Page 191
5.10.1. Przekształcenie okna widoku......Page 193
5.10.2. Usuwanie niewidocznych powierzchni......Page 194
5.10.3. Interpolacja atrybutów wierzchołków......Page 195
5.13. PODSUMOWANIE......Page 197
5.14. ĆWICZENIA......Page 198
6.1. WIERZCHOŁKI I FORMATY WEJŚCIA......Page 203
6.2. BUFORY WIERZCHOŁKÓW......Page 208
6.3. INDEKSY I BUFORY INDEKSÓW......Page 212
6.4. PRZYKŁADOWY SHADER WIERZCHOŁKÓW......Page 215
6.5. BUFOR STAŁY......Page 218
6.6. PRZYKŁADOWY SHADER PIKSELI......Page 219
6.7. STANY RENDEROWANIA......Page 221
6.8.1. Pliki efektów......Page 224
6.8.2. Kompilacja shaderów......Page 226
6.8.3. Łączenie efektów z aplikacją C++......Page 229
6.8.4. Rysowanie za pomocą efektów......Page 230
6.8.5. Wczesna kompilacja efektu......Page 231
6.8.6. Framework efektów jako „generator shaderów”......Page 233
6.8.7. Kod asemblera......Page 237
6.9. APLIKACJA „BOX”......Page 242
6.10.1. Generowanie wierzchołków siatki......Page 248
6.10.2. Generowanie indeksów siatki......Page 251
6.10.3. Funkcja wyznaczająca wysokość......Page 252
6.11. APLIKACJA „SHAPES”......Page 254
6.11.1. Tworzenie siatki walca......Page 255
6.11.3. Tworzenie siatki sfery geodezyjnej......Page 259
6.11.4. Kod aplikacji......Page 262
6.13. DYNAMICZNE BUFORY WIERZCHOŁKÓW......Page 266
6.14. PODSUMOWANIE......Page 269
6.15. ĆWICZENIA......Page 271
ROZDZIAŁ 7. OŚWIETLENIE......Page 275
7.1. INTERAKCJA MIĘDZY ŚWIATŁEM I MATERIAŁEM......Page 276
7.2. WEKTORY NORMALNE......Page 277
7.2.1. Obliczanie wektorów normalnych......Page 279
7.2.2. Przekształcenia wektorów normalnych......Page 280
7.4. ŚWIATŁO ROZPROSZONE......Page 283
7.6. ŚWIATŁO ODBITE......Page 285
7.7. PODSUMOWANIE MODELU......Page 288
7.8. OKREŚLANIE KOLORÓW MATERIAŁÓW......Page 289
7.10. ŚWIATŁA PUNKTOWE......Page 291
7.10.1. Wygaszanie......Page 292
7.11. ŚWIATŁA REFLEKTOROWE......Page 293
7.12.1. Struktury oświetlenia......Page 294
7.12.2. Upakowanie struktur......Page 296
7.12.3. Implementacja świateł kierunkowych......Page 298
7.12.4. Implementacja świateł punktowych......Page 299
7.12.5. Implementacja świateł reflektorowych......Page 300
7.13.1. Plik efektu......Page 301
7.13.2. Kod aplikacji C++......Page 304
7.13.3. Obliczanie normalnych......Page 306
7.14. APLIKACJA „LIT SKULL”......Page 307
7.15. PODSUMOWANIE......Page 309
7.16. ĆWICZENIA......Page 310
8.1. PODSUMOWANIE WIADOMOŚCI NA TEMAT TEKSTUR I ZASOBÓW......Page 313
8.2. WSPÓŁRZĘDNE TEKSTURY......Page 316
8.3. TWORZENIE I WŁĄCZANIE OBSŁUGI TEKSTURY......Page 318
8.4.1. Powiększanie......Page 320
8.4.2. Pomniejszanie......Page 323
8.5. PRÓBKOWANIE TEKSTUR......Page 324
8.7.1. Określanie współrzędnych tekstury......Page 326
8.7.3. Ustawianie tekstury......Page 327
8.7.4. Aktualizacja efektu bazowego......Page 328
8.8. TRYBY ADRESOWANIA......Page 332
8.10. APLIKACJA „LAND TEX”......Page 335
8.10.1. Generowanie współrzędnych tekstury dla siatki......Page 336
8.10.2. Kafelkowanie......Page 337
8.11. FORMATY KOMPRESJI TEKSTUR......Page 338
8.13. ĆWICZENIA......Page 341
ROZDZIAŁ 9. MIESZANIE KOLORÓW......Page 345
9.1. RÓWNANIE MIESZANIA......Page 346
9.3. WSPÓŁCZYNNIKI MIESZANIA......Page 347
9.4. STAN MIESZANIA......Page 348
9.5.1. Mieszanie bez zapisu koloru......Page 351
9.5.3. Mnożenie kolorów......Page 352
9.5.4. Przezroczystość......Page 353
9.5.5. Mieszanie kolorów a bufor głębokości......Page 354
9.6. KANAŁY ALFA......Page 355
9.7. OBCINANIE PIKSELI......Page 356
9.8. MGŁA......Page 360
9.9. PODSUMOWANIE......Page 365
9.10. ĆWICZENIA......Page 366
ROZDZIAŁ 10. SZABLONOWANIE......Page 369
10.1. FORMATY BUFORÓW GŁĘBOKOŚCI/SZABLONU I ICH CZYSZCZENIE......Page 370
10.2. TEST SZABLONU......Page 371
10.3.1. Ustawienia głębi......Page 372
10.3.2. Ustawienia szablonu......Page 373
10.3.3. Tworzenie i wiązanie stanu głębokości/szablonu......Page 374
10.3.4. Stany głębokości/szablonu w plikach efektów......Page 375
10.4.1. Symulowanie lustra......Page 376
10.4.2. Definiowanie stanów głębokości/szablonu lustra......Page 378
10.4.3. Rysowanie sceny......Page 379
10.4.4. Kolejność nawijania i odbicia......Page 381
10.5.1. Cienie świateł równoległych......Page 382
10.5.2. Cienie świateł punktowych......Page 385
10.5.4. Zapobieganie podwójnemu mieszaniu przy użyciu bufora szablonowego......Page 386
10.5.5. Kod cienia......Page 387
10.6. PODSUMOWANIE......Page 388
10.7. ĆWICZENIA......Page 389
ROZDZIAŁ 11. CIENIOWANIE GEOMETRII......Page 395
11.1. PROGRAMOWANIE SHADERÓW GEOMETRII......Page 396
11.2.1. Założenia......Page 400
11.2.3. Plik efektu......Page 403
11.2.4. Obiekt SV_PrimitiveID......Page 408
11.3.1. Założenia......Page 409
11.3.3. Ładowanie tablic tekstur......Page 410
11.3.4. Podzasoby tekstury......Page 414
11.4. TECHNIKA ALPHA-TO-COVERAGE......Page 415
11.5. PODSUMOWANIE......Page 416
11.6. ĆWICZENIA......Page 418
ROZDZIAŁ 12. SHADER OBLICZENIOWY......Page 421
12.1. WĄTKI I GRUPY WĄTKÓW......Page 422
12.2. PROSTY SHADER OBLICZENIOWY......Page 425
12.3.2. Tekstury wyjściowe i widoki nieuporządkowanego dostępu (UAV)......Page 426
12.3.3. Indeksowanie i próbkowanie tekstur......Page 428
12.3.4. Zasoby ustrukturyzowanych buforów......Page 430
12.3.5. Kopiowanie wyników shadera obliczeniowego do pamięci systemowej......Page 433
12.4. WARTOŚCI SYSTEMOWE IDENTYFIKUJĄCE WĄTKI......Page 436
12.5. BUFOR DOPISYWANIA I BUFOR KONSUMOWANY......Page 437
12.6. PAMIĘĆ WSPÓŁDZIELONA I SYNCHRONIZACJA......Page 439
12.7.1. Algorytm rozmywania......Page 440
12.7.2. Renderowanie do tekstury......Page 443
12.7.3. Implementacja rozmycia......Page 445
12.7.4. Program shadera obliczeniowego......Page 449
12.8. INNE ŹRÓDŁA......Page 454
12.9. PODSUMOWANIE......Page 455
12.10. ĆWICZENIA......Page 457
ROZDZIAŁ 13. ETAPY TESELACJI......Page 459
13.1. TYPY PRYMITYWÓW TESELACJI......Page 460
13.2.1. Stały shader powłoki......Page 461
13.2.2. Shader powłoki punktów kontrolnych......Page 463
13.3.1. Przykłady teselacji czworokątnej łaty......Page 465
13.4. SHADER DZIEDZINY......Page 466
13.5. TESELACJA CZWOROKĄTA......Page 468
13.6.1. Krzywe Béziera......Page 471
13.6.2. Powierzchnie Béziera trzeciego stopnia......Page 474
13.6.3. Kod do obliczeń powierzchni Béziera trzeciego stopnia......Page 475
13.6.4. Określanie geometrii łat......Page 476
13.7. PODSUMOWANIE......Page 478
13.8. ĆWICZENIA......Page 479
CZĘŚĆ III. TEMATY......Page 481
14.1. PRZEKSZTAŁCENIE WIDOKU......Page 483
14.2. KLASA KAMERY......Page 485
14.3.1. Metody zwracające wartość XMVECTOR......Page 486
14.3.3. Dodatkowe informacje o ostrosłupie widzenia......Page 487
14.3.4. Przekształcanie kamery......Page 488
14.3.5. Budowa macierzy widoku......Page 489
14.4. UŻYCIE KLASY KAMERY......Page 490
14.5. PODSUMOWANIE......Page 491
14.6. ĆWICZENIA......Page 492
15.1. INSTANCJONOWANIE SPRZĘTOWE......Page 493
15.1.1. Shader wierzchołków......Page 494
15.1.2. Przesyłanie strumieniowe danych instancji......Page 495
15.1.3. Rysowanie danych instancji......Page 496
15.1.4. Tworzenie bufora instancji......Page 497
15.2.2. Prostopadłościany......Page 498
15.2.4. Ostrosłupy widzenia......Page 503
15.3. USUWANIE POWIERZCHNI POZA OSTROSŁUPEM WIDZENIA......Page 508
15.4. PODSUMOWANIE......Page 511
15.5. ĆWICZENIA......Page 512
ROZDZIAŁ 16. WSKAZYWANIE OBIEKTÓW......Page 515
16.1. PRZEKSZTAŁCENIE EKRANU DO OKNA RZUTU......Page 517
16.2. PROMIEŃ WSKAZUJĄCY W PRZESTRZENI ŚWIATA/LOKALNEJ......Page 520
16.3. PRZECIĘCIE PROMIENIA I SIATKI OBIEKTU......Page 521
16.3.1. Przecięcie promienia i prostopadłościanu AABB......Page 522
16.3.2. Przecięcie promienia i sfery......Page 523
16.3.3. Przecięcie promienia i trójkąta......Page 524
16.4. APLIKACJA DEMONSTRACYJNA......Page 526
16.6. ĆWICZENIA......Page 527
17.1. MAPOWANIE SZEŚCIENNE......Page 529
17.2. TEKSTURY OTOCZENIA......Page 531
17.2.1. Ładowanie i używanie tekstur sześciennych w Direct3D......Page 534
17.3. TEKSTUROWANIE NIEBA......Page 535
17.4. MODELOWANIE ODBIĆ......Page 537
17.5.1. Budowa tekstury sześciennej i widoków celu renderowania......Page 539
17.5.2. Budowa bufora głębokości i okna widoku......Page 542
17.5.3. Ustawianie kamery......Page 543
17.5.4. Rysowanie do tekstury sześciennej......Page 544
17.6. DYNAMICZNE TEKSTURY SZEŚCIENNE W SHADERZE GEOMETRII......Page 545
17.7. PODSUMOWANIE......Page 547
17.8. ĆWICZENIA......Page 548
18.1. DO CZEGO NAM TO POTRZEBNE?......Page 551
18.2. MAPY NORMALNYCH......Page 552
18.3. PRZESTRZEŃ TEKSTURY (PRZESTRZEŃ STYCZNA)......Page 555
18.4. PRZESTRZEŃ STYCZNA DO WIERZCHOŁKA......Page 557
18.5. PRZEKSZTAŁCANIE Z PRZESTRZENI STYCZNEJ DO PRZESTRZENI OBIEKTU......Page 558
18.6. MAPOWANIE NORMALNYCH W KODZIE SHADERA......Page 559
18.7. MAPOWANIE PRZEMIESZCZEŃ......Page 563
18.8.1. Typ prymitywu......Page 565
18.8.2. Shader wierzchołków......Page 566
18.8.3. Shader powłoki......Page 567
18.8.4. Shader dziedziny......Page 569
18.9. PODSUMOWANIE......Page 570
18.10. ĆWICZENIA......Page 571
19.1. MAPY WYSOKOŚCI......Page 575
19.1.1. Tworzenie mapy wysokości......Page 577
19.1.2. Ładowanie pliku RAW......Page 578
19.1.3. Wygładzanie......Page 579
19.1.4. Widok zasobu shadera mapy wysokości......Page 582
19.2.1. Budowa siatki......Page 583
19.2.2. Shader wierzchołków terenu......Page 586
19.2.3. Współczynniki teselacji......Page 587
19.2.4. Mapowanie przemieszczeń......Page 589
19.2.5. Szacowanie wektora stycznego i normalnego......Page 590
19.3. USUWANIE ŁAT POZA OSTROSŁUPEM WIDZENIA......Page 591
19.4. TEKSTUROWANIE......Page 596
19.5. WYSOKOŚĆ TERENU......Page 598
19.6. PODSUMOWANIE......Page 601
19.7. ĆWICZENIA......Page 602
20.1. REPREZENTACJA CZĄSTECZEK......Page 605
20.2. RUCH CZĄSTECZEK......Page 607
20.3. LOSOWOŚĆ......Page 609
20.4. MIESZANIE KOLORÓW I SYSTEMY CZĄSTECZEK......Page 611
20.5.1. Tworzenie shadera geometrii dla wyjścia strumieniowego......Page 613
20.5.2. Wyjście strumieniowe bez renderowania......Page 614
20.5.5. Odwiązywanie od etapu wyjścia strumieniowego......Page 616
20.5.7. Przełączanie buforów wierzchołków......Page 617
20.6.2. Klasa ParticleSystem......Page 618
20.6.4. Inicjalizacja bufora wierzchołków......Page 620
20.6.5. Metoda Update/Draw......Page 621
20.7. OGIEŃ......Page 623
20.8. DESZCZ......Page 627
20.9. PODSUMOWANIE......Page 632
20.10. ĆWICZENIA......Page 633
21.1. RENDEROWANIE GŁĘBOKOŚCI SCENY......Page 635
21.2. RZUTOWANIE ORTOGRAFICZNE......Page 638
21.3. WSPÓŁRZĘDNE RZUTOWE TEKSTURY......Page 640
21.3.1. Implementacja......Page 642
21.3.3. Rzutowanie ortograficzne......Page 643
21.4.1. Opis algorytmu......Page 644
21.4.2. Obciążanie głębokości i aliasing......Page 645
21.4.3. Filtrowanie PCF......Page 648
21.4.4. Budowa mapy cieni......Page 652
21.4.5. Współczynnik cienia......Page 656
21.4.6. Test zacienienia......Page 657
21.5. DUŻE JĄDRA PCF......Page 661
21.5.1. Funkcje DDX i DDY......Page 662
21.5.2. Rozwiązanie problemu dużego jądra PCF......Page 663
21.5.3. Alternatywne rozwiązanie problemu dużego jądra PCF......Page 665
21.6. PODSUMOWANIE......Page 666
21.7. ĆWICZENIA......Page 667
22.1. OKLUZJA OTOCZENIA NA PODSTAWIE ŚLEDZENIA PROMIENI......Page 669
22.2.1. Przebieg renderowania normalnych i głębokości......Page 674
22.2.2. Przebieg okluzji otoczenia......Page 675
22.2.3. Przebieg rozmycia......Page 683
22.2.4. Wykorzystanie mapy okluzji otoczenia......Page 686
22.4. ĆWICZENIA......Page 689
ROZDZIAŁ 23. SIATKI......Page 693
23.1.1. Nagłówek......Page 694
23.1.2. Materiały......Page 695
23.1.3. Podzbiory......Page 696
23.1.4. Wierzchołki i indeksy trójkątów......Page 697
23.2. GEOMETRIA SIATKI......Page 699
23.3. KLASA BASICMODEL......Page 700
23.5. PODSUMOWANIE......Page 701
23.6. ĆWICZENIA......Page 702
ROZDZIAŁ 24. KWATERNIONY......Page 703
24.1.1. Definicje......Page 704
24.1.3. Postać biegunowa i obroty......Page 705
24.2.1. Definicja i podstawowe działania......Page 707
24.2.3. Własności......Page 708
24.2.5. Sprzężenie i norma......Page 709
24.2.6. Kwaterniony odwrotne......Page 710
24.2.7. Postać biegunowa......Page 711
24.3.1. Operator obrotu......Page 712
24.3.2. Kwaternionowy operator obrotu w postaci macierzy......Page 714
24.3.3. Zapis macierzy w postaci kwaternionowego operatora obrotu......Page 716
24.3.4. Złożenie......Page 717
24.4. INTERPOLACJA KWATERNIONÓW......Page 718
24.6. APLIKACJA „QUATERNIONS”......Page 723
24.7. PODSUMOWANIE......Page 728
24.8. ĆWICZENIA......Page 729
25.1. HIERARCHIE UKŁADÓW ODNIESIENIA......Page 731
25.1.1. Ujęcie matematyczne......Page 733
25.2.1. Definicje......Page 735
25.2.3. Przekształcenie siatka – kość......Page 736
25.2.4. Animacja szkieletu......Page 737
25.2.5. Obliczanie przekształcenia finalnego......Page 738
25.3. UŚREDNIANIE WIERZCHOŁKÓW......Page 740
25.4.1. Dane wierzchołka skóry......Page 743
25.4.2. Przekształcenia siatka – kość......Page 744
25.4.3. Hierarchia......Page 745
25.4.4. Dane animacji......Page 746
25.4.5. Klasa M3DLoader......Page 748
25.5. APLIKACJA „SKINNED MESH”......Page 749
25.6. PODSUMOWANIE......Page 750
25.7. ĆWICZENIA......Page 751
DODATEK A. WPROWADZENIE DO PROGRAMOWANIA WINDOWS......Page 753
DODATEK B. JĘZYK HLSL......Page 771
DODATEK C. WYBRANE ZAGADNIENIA GEOMETRII ANALITYCZNEJ......Page 783
DODATEK D. ROZWIĄZANIA WYBRANYCH ĆWICZEŃ......Page 795
BIBLIOGRAFIA......Page 837
SKOROWIDZ......Page 841