多媒體技術(shù)之Direct編程入門

多媒體技術(shù)之DirectX編程入門

第13章DirectX編程入門

DirectX是微軟公司為編寫游戲與其他高性能多媒體應(yīng)用程序而開發(fā)的一組高級的

Windows低層API,它包含了對圖（圖形、視頻與三維動畫）、聲音（聲效與音樂）、輸入

設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)游戲等的支持。

本章先概述DirectX的基本內(nèi)容，然后介紹DirectX的要緊組件Direct3D4DirectSound

的基本編程方法，并給出若干具體編程實例。

13.1DirectX概述

本節(jié)簡單介紹DureclX的進展歷史、版本與功能的演化、結(jié)構(gòu)與模塊劃分。

DurectX是Windows的一種多媒體APL它在保持設(shè)備無關(guān)性的同時，能夠讓應(yīng)用程序

直接操縱多媒體設(shè)備，從而能充分利用硬件的功能，因此可獲得最高的性能。

DurectX自從推出以來，就始終處在快速進展的過程之中。它已經(jīng)經(jīng)歷了多個版本，其

模塊與功能也一直在不斷地增加與完善。

DirectX是一種基于COM的系統(tǒng)，要緊由硬件抽象層HAL與硬件模擬層HEL所構(gòu)成。

DurectX被分成若干個組件模塊，涵蓋了多媒體應(yīng)用的方方面面。而且這些組件的數(shù)目、名

稱與功能，也是隨著其版本的演化而有所增減、改變與加強。

13.1.1歷史

微軟公司于1990年5月推出的Windows3.0大獲成功,它是一種與設(shè)備無關(guān)的具有圖形

用戶界面（GUI）的操作系統(tǒng)。后來又于1992年3月推出Windows3.1,提供了對多媒體的

支持。只是Windows的與設(shè)備無關(guān)的設(shè)計思想，盡管使得Windows向程序員提供了一個獨

立于硬件的軟件開發(fā)優(yōu)秀平臺，但它不讓應(yīng)用程序直接操作顯卡與聲卡等多媒體硬件，這樣

就降低了多媒體應(yīng)用程序（特別是計算機游戲）的運行效率，比如限制了動畫的幀率、不提

供混音功能等。因此當時的Windows并不是一個能夠開發(fā)與運行高效多媒體程序（如3D游

戲）的理想環(huán)境，逼迫PC游戲開發(fā)商只好繞開Windows而仍舊開發(fā)DOS下的游戲。

為了改變這種難堪的局面，促使游戲界放棄DOS而使用Windows,微軟需要在設(shè)備無

關(guān)性與高性能之間取得某種平衡，決定為Windows添加一種高性能的動畫機制（與后來的輸

入與音響等），因此于1995年推出了GameSDK,后來改名為DirectX。其中的Direct指能

夠直接訪問多媒體硬件；X指它的不一致構(gòu)成部分，如Direct3D、DireclSound、Directlnput

與DirectPlay等。

13.1.2版本與功能

由于DirectX務(wù)必支持多媒體設(shè)備的最新技術(shù)與功能，而多媒體硬件（特別是顯卡［的3D

性能］）與技術(shù)始終處在高速進展過程中，因此DirectX的技術(shù)與版本也同樣在不斷地進展與

演變，其中進展最快的是3D接口部分。

下面列出DirectX的要緊版本的公布時間、引入的新模塊與特性：

■1.0------1995年9月30日：DirectDraw、DirectSound、Directlnput、DirectPlay、DirectSetup；

■2.0——1996年6月5日：引入Direct3D（次版本有2.0a）；

■3.0——1996年9月15日：支持MMX、為DirectSound補充DirectSound3DAPI（次版

本有3.0a）；

■4.0——無此版本號；

■5.0——1997年7月16H：有許多改進，如受力反饋操縱器、多顯示器支持、新的游戲

操縱面板、用戶界面的全面改進等（次版本有5.1與5.2）；

■6.0——1998年8月7日：添加新的3D特性（如添加DXUT框架）、支持AMD公司

的3DNow!技術(shù)、性能較5.0有提高。在1999年2月3日推出的6.1版中，添加了

DirectMusic模塊；

■7.0——1999年9月22日：改進3D圖形與聲音、性能更快，為Direct3DAPI引入硬件

傳送、光照與紋理壓縮、與硬件加速，引入D3DX工具庫。使用Creative公司的EAX

技術(shù)改進3D聲音的算法（次版本有7.0a與7.1）；

■8.0——2000年9月30日：將DirectDraw與Direct3D完全集成在一起、其中Direct3D

的性能有了本質(zhì)上的飛躍（引入頂點/像素shader［著色引擎/光照模型］、支持硬件點精靈

與三維體紋理），將DirectMusic與DirectSound更緊密地集成在一起構(gòu)成DirectXAudio,

更新了Directlnput與DirectPlay,添加了DirectShow、拋棄了其余的DirectXMedia模塊。

2001年11月II日推出的8.1版，被集成在WindowsXP中銷售，該版本添加了從

DirectShow分離出的DMO（DirectXMediaObjects媒體對象）組件模塊。它還支持許

多新的圖形特性，如像素著色引擎的1.27.4版、動態(tài)/高分辨率紋理、新3D擴展方法

等（次版本有8.0a、8.1、8.1a與8.1b）；

■9.0——2002年12月24日：添加許多新特性到DirectXGraphics與DirectShow中，比

如將DirectDraw的功能并入到Direct3D之中，支持頂點與像素著色引擎的新版本2.0

與3.0,引入裁剪測試、位移貼圖與多元紋理，支持128位浮點著色精度與根據(jù)顯示器

自動調(diào)整Y值等。也添加若干新特性到Directlnput、DirectPlay>DirectSound與

DirectMusic中。（次版本有9.0a、9.0b與9.0c）。

DirectX的最后一個以數(shù)字與字母命名的版本是2004年8月9日推出的9.0c,后來又于

2004年10月、2005年的2/4/6/8/10月分別推出了它的多個升級版。從2005年12月推

出的DirectX開始，其版本的命名發(fā)生了變化：主版本號改為DX,次版本改為公布的

年月。通常是每兩個月推出一個新版本，因此也叫做DirectX9.0c的雙月更新（bimonthly

應(yīng)用程序

updates）o當前最新版本為

2006年10月11日推出的DX

October20060它們都包含了

（于2002年推出的專

為.NET框架設(shè)計的）托管

（Managed）DirectX,將原

先DirectX多個分離的COM

模塊集成到了一個容易使用PC硬件子系統(tǒng)

的單一CLR文件之中。

■10—?：DirectX不可能有第10版了，由于微軟公司已將DirectX的功能集成進其新

一代操作系統(tǒng)WindowsVista中,而不再將其作為一個額外的模塊了。但是會有Direcl3D

10,已于2006年12月13日隨Direct3DSDK的December2006版一起公布，并被嵌入

到WindowsVista中。另外，作為學(xué)生與業(yè)余愛好者的DirectX替代產(chǎn)品，微軟公司于

2004年3月24日宣布了用于托管運行環(huán)境下計算機游戲的設(shè)計、開發(fā)與管理的框架與

工具集XNA,并于2006年12月11日推出了XNAFrameworkRedistributable與XNA

GameStudioExpress的1.0版，可用于Windows與Xbox360游戲的開發(fā)。

13.1.3結(jié)構(gòu)

DirectX是一種基于COM（ComponentObjectModel,組件對象模型）的系統(tǒng)，它既不

屬于驅(qū)動程序?qū)?，也不屬于?yīng)用層。DirectX的要緊設(shè)計目標是在提供某種設(shè)備獨立性的同時

獲取高速度，為此微軟公司為DirectX設(shè)計了如圖13-1所示的體系結(jié)構(gòu)。其中：

■HAL=HardwareAbstractLayer（硬件抽象層）----負責檢測本機的硬件功能，并

以一種獨立于設(shè)備的方

式提供這些功能；圖13"DirectX子系統(tǒng)

■HEL=HardwareEmulationLayer（硬件模擬層）---負責提供DirectX功能中本機

硬件不支持部分的模擬實現(xiàn)。

但是從&0版起，DirectX就不再提供硬件模擬層HEL了，需要開發(fā)商、第三方或者

自己來編寫一個PSD（PluggableSoftwareDevice可插式軟件設(shè)備）連到DirectX提供的HEL

接口上，稱之為參考設(shè)備。但是現(xiàn)在很少有這樣的PSD可用，因此新版本的DirectX是嚴

重依靠于硬件的。

13.1.4構(gòu)成

DirectX由多個（COM組件）模塊構(gòu)成，而且隨著版本的演化，這些模塊也在不斷地增

減、合并與改變。最新的DirectX組件的模塊構(gòu)成如圖13-2所示，括號中的數(shù)字為該模塊被

首次引進（或者移出）的版本號。

下面是DirectX的要緊構(gòu)成模塊的簡單介紹：

■DirectXGraphics（圖形）----包含DirectDraw與Direct3D：

?DirectDraw（繪制）——二維圖形繪制（高速位圖傳送/視頻與2D動畫）。

從9.0版起，DirectDraw已被集成到了Direct3D之中。

?Direct3D（三維）----三維圖形繪制。分成保留（retained）與立即（immediate）

兩種模式（mode）:保留模式是一種高層API,建立在立即模式之上，使用

起來方便容易，但是效率不高，適合于初學(xué)者；立即模式則是一種底層API,

使用復(fù)雜，但是其效率比保留模式高得多。大多數(shù)DirectX應(yīng)用程序，特別

是計算機游戲，都是使用立即模式進行開發(fā)。自從6.0版以來，保留模式API

的進展停滯不前，而立即模式API的進展卻日新月異。不論是保留模式還是

立即模式，Direct3D都是建立在DirectDraw之上的。從9.0版起，Direct3D

包含了DirectDraw,它像OpenGL一樣也具有二維圖形繪制的功能。Direct3D

的下一個版本為Durect3D10,為WindowsVista的一個有機構(gòu)成部分。

?D3DX（Direct3D擴展）——為Direct3D服務(wù)的有用工具庫，執(zhí)行公

共的數(shù)學(xué)計算與一些復(fù)雜的任務(wù)，包含若干簡化3D模型使用的類，如

粒子系統(tǒng)（particlesystem）。D3DX由動態(tài)鏈接庫（DLL）提供。

?DXUT（編程框架）——建立在Direct3DAPI之上的樣例框架，也叫

通用文件框架，能夠幫助程序員減少在繁瑣的平凡工作（如創(chuàng)建窗口、

創(chuàng)建設(shè)備、處理Windows消息與設(shè)備事件等）上所花的時間。

圖13-2DirectX的構(gòu)成模塊

■DirectXAudio（音頻）----包含DirectSound與DirectMusic：

?DirectSound（聲音）——要緊針對波形音頻，底層接口。可用于開發(fā)播放

與捕捉波形音頻的高性能立體與三維（DirectSound3D）音頻應(yīng)用程序。在下一

代DirectX中，DirectSound的功能將由XACT（MicrosoftCross-PlatformAudio

CreationTool微軟跨平臺音頻生成工具）來代替。

?DirectMusic（音樂）----要緊針對MIDI音樂，高層接口。為基于波形、

MIDI聲音或者DirectMusic生成器所制造的動態(tài)內(nèi)容之音樂與非音樂聲道提

供一個完整的解決方案。

?XACT（游戲音頻）----XACT（MicrosoftCross-PlatformAudioCreation

Tool,微軟跨平臺音頻生成工具），是一種多人合作的音頻設(shè)計工具與有關(guān)

API,用于游戲的動態(tài)音頻開發(fā)。

■Directlnput（輸入）——提供對各類輸入設(shè)備的支持，包含對受力反饋

（force-feedback）技術(shù)的全面支持。在下一代DirectX中，Directlnput將被XInput代

替。

■DirectPlay（游戲）——提供對多人網(wǎng)絡(luò)游戲的支持。在最新的DirectX版本中，

微軟公司反對（deprecate）使用DirectPlay,而建議改用WindowsSockets與Windows

FirewallAPI來代替。在下一代DirectX中，DirectPlay可能會被XboxLive代替。

■DirectSetup（安裝）——提供DirectX組件的一次性調(diào)用安裝的一個簡單API（自

動安裝DirectX驅(qū)動程序）。

■DirectShow（展示）——提供多媒體（音視頻）流的高質(zhì)量捕捉與重放。在8.0

版之前，DirectShow是DirectXMedia的一個構(gòu)成模塊。到8.0版時，由于DirectX

SDK拋棄了DirectXMedia,因此才將DirectShow集成到了DirectX之中。在DirectX

9.0c的2005年4月升級版中，DirectShow又被移出DirectX,放入微軟公司的平臺

SDK之中。

■DirectXMediaObjects（媒體對象DM0）——基于COM的多媒體與數(shù)據(jù)流組件，

支持音視頻的編解碼器與特效。是在DirectX的8.1版時，從DirectShow分出的，

其功能類似于DirectShow的過濾器。

■DirectXMedia（媒體）——是一個用于流媒體應(yīng)用的外部API集合。在DirectX6.0

之前，DirectXMediaSDK與DirectXSDK是兩個分離的SDK?在6.0版時DirectX

MediaSDK被集成到DirectXSDK之中。DirectXMedia的運行模塊，被集成到

Windows與IE之中。到了8.0版時，DirectXMedia又被DirectXSDK拋棄（其核

心模塊DirectShow被集成到了DirectX之中），其功能被隨Windows2000Server

推出的WindowsMediaSDK所代替。

?DirectXTransform（變換）——用于產(chǎn)生二、三維圖形的各類效果，如a混

色與表面彎曲等。

?DirectAnimation（動畫）---集成多種媒體類型來創(chuàng)建復(fù)雜動畫，并可用

作網(wǎng)頁內(nèi)容。

?DirectXVideoAcceleration（視頻加速DXVA）——利用硬件加速二維視頻

的解碼操作。

?Direct3DRetainedMode（保留模式）----Direct3D的保留模式是一種高層

API,建立在Direct3D立即模式之上，使用起來方便容易，但是效率不高，

適合于初學(xué)者。

?DirectShow（展示）----支持音視頻流的高質(zhì)量采集與重放。

13.1.5編程準備

為了用VC編寫DirectX應(yīng)用程序，務(wù)必先下載并安裝DirectXSDK,并進行必要的頭

/庫文件路徑與鏈接庫的設(shè)置。

下面以WindowsXP中文版環(huán)境下的VisualC++2005中文版與DirectX9.0cAugust

2006SDK為例，介紹進行具體的DirectX編程之前，所需做的必要準備工作。

?下載并安裝DirectXSDK

能夠從微軟公司的官方網(wǎng)站（）下載最新的DirectXSDK,如dxsdk_dec2006.exe

（448MB）。安裝完成后，會在安裝目錄（缺省為“C:\ProgramFiles\MicrosoftDirectXSDK

（（December2006）"）中生成DeveloperRuntime、DocumentationAInclude,Lib、Redist、Samples

與Utilities等多個子目錄。安裝時還會為Windows操作系統(tǒng)生成名為“MicrosoftDirectXSDK

（（December2006）"的程序組，包含多個子程序組與程序。

安裝程序會將DirectXSDK的幫助文檔，也安裝到VisualStudio2005的幫助系統(tǒng)內(nèi)，位

于其“目錄/DirectXSDK((December2006)M目錄之中，包含“DirectXSDK((December2006)

C++"與"DirectXSDK((December2006)Managed”兩個幫助子目錄。

?設(shè)置包含與庫路徑

在VisualStudio2005中文版的IDE中，選“工具/選項”菜單項，打開“選項”對話框

(參見圖13-5)1,

圖13-5VisualStudio2005的“選項”對話框

再選該對話框左邊的“項目與解決方案/VC++目錄”路徑，在右邊的“顯示下列內(nèi)容的

目錄”欄的下拉式列表框中，選“包含文件”項。按該欄下面的“新行”鈕凈L則在其下

方的顯示欄中會出現(xiàn)新行，再按新行右端的帶省略號的瀏覽鈕匚~1在彈出的“選擇目錄”

對話框中，選擇DirectXSDK的Include目錄所在的路徑"C:\ProgramFiles\MicrosoftDirectX

SDK(August2006)\Includew，然后按“打開”關(guān)閉“選擇目錄”對話框。結(jié)果參見圖13-6。

圖13-6設(shè)置DirectX的“包含文件”的路徑

可類似選擇“庫文件”項，添加庫文件路徑uC:\ProgramFiles\MicrosoftDirectXSDK

（August2006）\Lib\X86^^,結(jié)果參見圖13-7。最后，按“確定”鈕，關(guān)閉“選項”對話框。

圖13-7設(shè)置DirectX的“庫文件”的路徑

注意，對DirectX的包含路徑與庫路徑的設(shè)置，對所有項目都有效。

?設(shè)置鏈接庫

先創(chuàng)建一個DirectX應(yīng)用程序的MFC單文檔項目（如DxTest）,再在VS05的IDE中，

選“項目/屬性”，打開“DxTest屬性頁”對話框。在左上角的“配置”欄中，選中“所有配

置”項；再選左邊的路徑“配置屬性/鏈接器/輸入”，在右邊的“附加依靠項”欄中，添加

d3d9.libd3dx9.1ibd3dxof.libdsound.libdxguid.libwinmm.lib等鏈接庫（在多個庫文件之間，用

空格分隔）。具體添加什么DirectX庫，與具體應(yīng)用程序所使用的DirectX模塊有關(guān)，你也能

夠查看DirectX的庫目錄。最后，按“應(yīng)用”鈕與“確定”鈕，關(guān)閉屬性頁對話框。參見圖

13-8。

圖13-8設(shè)置DirectX的鏈接庫

注意，對DirectX鏈接庫的設(shè)置，只對VC05中當前打開的單個項目有效。

在安裝了DirectXSDK,并設(shè)置好文件路徑與鏈接庫后，就能夠開始編寫具體的DirectX

應(yīng)用程序了。

DirectX的組件眾多、功能強大、編程復(fù)雜，完整的介紹需要幾本大部頭的專著才行，

本書只準備簡單介紹DirectX的最要緊模塊---Direct3D與DirectSound編程的最基本內(nèi)容。

13.2Direct3D編程簡介

Direct3D(直接三維)是DirectX的核心模塊，新版本的Direct3D中還包含原先

DirectDraw模塊的2D功能。因此，現(xiàn)在的Direct3D是DirectXGraphics的唯一模塊，具有

DirectX(二、三維)圖形的全部功能。

13.2.1流水線與設(shè)備

Direct3D用圖形流水線(graphicspipeline)來處理與渲染場景(renderscene),而Direcl3D

設(shè)備(device)是執(zhí)行變換(transformation)與光照(lighting)等操作的渲染部件。

?Direct3D圖形流水線

可通過Direct3D圖形流水線來充分利用硬件性能，以提供高效處理與繪制Direct3D場

景到顯示器的能力。圖13-9為流水線(pipeline,管線/管道/流程)的構(gòu)成模塊框圖。

圖13-9Direct3D圖形流水線

?Direct3D設(shè)備

Direct3D設(shè)備(device)是Direct3D的渲染部件，它封裝與存儲渲染狀態(tài)。另外，它還

執(zhí)行變換與光照等操作，同時光柵化圖像到表面(如屏幕)。在結(jié)構(gòu)上，Direcl3D設(shè)備包含

變換模塊(transformationmodule)、光照模塊Direct3D設(shè)備架構(gòu)

(lightingmodule)與光柵化器(rasterizer)。圖13-10變換模塊||光照模塊||光柵化器

為Direct3D的設(shè)備架構(gòu)(architecture)。

圖13-10Di〃ct3D設(shè)備架構(gòu)

當前，Direct3D有兩種要緊的設(shè)備類型：

■HAL設(shè)備(haldevice)------具有硬件加速的光柵化(rasterization),可同時使用硬件

與軟件的頂點處理進行著色(shading)。

■參考設(shè)備(referencedevice)——由軟件驅(qū)動程序提供，現(xiàn)在要緊用于性能測試。

具有軟件特性的參考設(shè)備不一定能提供與硬件等同的性能，因此應(yīng)用程序務(wù)必總是查

詢設(shè)備的能力以確定其支持什么特性。創(chuàng)建Direct3D對象定義頂點格式

創(chuàng)建Direct3D設(shè)備對象—?創(chuàng)建頂點緩沖區(qū)

13.2.2基本編程過程q

設(shè)置渲染狀態(tài)鎖定頂點緩沖區(qū)

Direct3D的基本編程過程如圖13-11所1

清除顯示表面構(gòu)造幾何對象

示。下面各小節(jié)依次介紹Direct3D編程的基Q

本步驟與方法。開始場景解鎖頂點緩沖區(qū)

13.2.3創(chuàng)建與初始化對象設(shè)置材質(zhì)與光照或者紋

1

進行世界、觀察與投影矩陣變換

為了使用Direct3D,你務(wù)必首先創(chuàng)建一0

個應(yīng)用窗口，然后再創(chuàng)建與初始化Direct3D設(shè)置設(shè)備的流源與頂點格式V—

*

對象。利用這些對象所實現(xiàn)的COM接口來操繪制圖元

作它們，以創(chuàng)建繪制場景所需的其它對象。

假如進行MFC編程，則能夠省略創(chuàng)建窗結(jié)束場景

*

口這一步，而直接使用視圖類所代表的客戶

展現(xiàn)場景

區(qū)窗口。+

下面介紹的是初始化Direct3D的內(nèi)容，清除對象

包含創(chuàng)建Direct3D對象、創(chuàng)建Direct3D設(shè)備圖13-11Dircct3D編程的基本過程

與設(shè)置Direct3D設(shè)備的渲染（render著色）

狀態(tài)等。

?創(chuàng)建Direct3D對象

可使用全局函數(shù)Direct3DCreate9來創(chuàng)建Direcl3D接口對象：

IDirect3D9*Direct3DCreate9（//成功返回指向!Direct3D9接口的指針，失敗返回NULL

UINTSDKVersionH務(wù)必為D3D_SDK_VERSION

)；

比如：EDirect3D9*g_pD3D=Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION);

?創(chuàng)建Direct3D設(shè)備

可使用IDirect3D9接口的CreateDevice方法來創(chuàng)建設(shè)備(尾參數(shù)的返回值)：

HRESULTCreateDevice(//成功返回D3D_OK(=0)

UINTAdapter,//顯卡(displayadapter)序號，D3DADAPTER_DEFAULT為主顯卡

D3DDEVTYPEDeviceType,//設(shè)備的枚舉類型，通常取為D3DDEVTYPE_HAL

HWNDhFocusWindow,//焦點窗口句柄，可取為this->m_hWnd

DWORDBehaviorFlags,//操縱設(shè)備的創(chuàng)建行為之選項組合,能夠使用硬件或者軟

件

//的頂點處理，如D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING

D3DPRESENT_PARAMETERS*pPresentationParameters,//指向展現(xiàn)參數(shù)結(jié)構(gòu)

//D3DPRESENT_PARAMETERS的指針

IDirect3DDevice9**ppRetumedDevicelnterface//代表被創(chuàng)建設(shè)備的

//IDirect3DDevice9返回接口的指針地址

)；

其中，展現(xiàn)參數(shù)結(jié)構(gòu)D3DPRESENT_PARAMETERS的定義為：

typedefstructD3DPRESENT_PARAMETERS{//展現(xiàn)參數(shù)結(jié)構(gòu)

UINTBackBufferWidth,BackBufferHeight;//后臺緩沖區(qū)的寬高(以像素為單位)，

//對窗口模式可取為0,對全屏模式則務(wù)必與當前顯卡枚舉模式的一致

D3DFORMATBackBufferFormat;//后臺緩沖區(qū)的格式，可取為

//D3DFMT_UNKNOWN(=0)

UINTBackBufferCount;〃后臺緩沖區(qū)計數(shù)，可取為0~3,取0時等價于1

D3DMULTISAMPLE_TYPEMultiSampleType;//多樣本類型，通常取為

//D3DMULTISAMPLE_NONE(=0)

DWORDMultiSampleQuality;//多樣本質(zhì)量水平，通常取0

D3DSS;〃交換效果，可取為

//D3DS(=1)、D3DS(=2)

//與D3DS(=3)等枚舉值

HWNDhDeviceWindow;//設(shè)備窗口的句柄，對窗口模式可取為NULL(=0)

BOOLWindowed;//應(yīng)用程序在窗口/全屏中運行時取TRUE/FALSE

BOOLEnableAutoDepthStencil;//同意自動深度模板，為TRUE貝|由Direct3D

//來管理應(yīng)用程序的深度緩沖區(qū)

D3DFORMATAutoDepthStencilFormat;//自動深度模板格式，可取

//D3DFMT_D16、D3DFMT_D24s8與D3DFMT_D32等枚舉值

DWORDFlags;//表現(xiàn)標志D3DPRESENTFLAG常數(shù)之一，可取為0

UINTFullScreen_RefreshRateInHz;//全屏?xí)r的屏幕刷新率，對窗口模式務(wù)必為0

UINTPresentationinterval;//前后臺緩沖區(qū)交換的最大速率，可取為

//D3DPRESENT_INTERVAL_DEFAULT(=0)

}D3DPRESENT_PARAMETERS;

比如：

//設(shè)置創(chuàng)建D3D設(shè)備用的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)

D3DPRESENT_PARAMETERSd3dpp;//定義表現(xiàn)結(jié)構(gòu)變量

ZeroMemory(&d3dpp,sizeof(d3dpp));//內(nèi)存清零

d3dpp.Windowed=TRUE;〃窗口模式

d3dpp.S=D3DS;//放棄交換效果

d3dpp.BackBufferFormat=D3DFMTJJNKNOWN;//未知格式

d3dpp.EnableAutoDepthStencil=TRUE;//同意自動深度模板

d3dpp.AutoDepthStencilFormat=D3DFMT_D16;〃16位深度緩沖

LPDIRECT3DDEVICE9g_pd3dDevice;//定義D3D設(shè)備接口的指針

//創(chuàng)建D3D設(shè)備對象（獲取D3D設(shè)備接口的指針）

g_pD3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT,D3DDEVTYPE_HAL,

this->m_hWnd,D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,

&d3dpp,&g_pd3dDevice);

?設(shè)置設(shè)備的渲染狀態(tài)

利用IDirect3D9接口的CreateDevice方法所返回的設(shè)備接口IDirect3DDevice9的指針,

能夠調(diào)用該接口的設(shè)置渲染(render著色)狀態(tài)方法SetRenderStale,來初始化設(shè)備：

HRESULTSetRenderState(//成功返回D3DJDK(=0)

D3DRENDERSTATETYPEState,//設(shè)備狀態(tài)

DWORDValue//設(shè)置值

）；

其中，設(shè)備狀態(tài)State,可取D3DRENDERSTATETYPE枚舉的任意值，如D3DRS_ZENABLE

（同意Z緩沖）、D3DRS_FILLMODE（填充模式）、D3DRS_SHADEMODE（陰影模式）、

D3DRS_ALPHATESTENABLE（同意a測試）、D3DRS_CULLMODE（剔除模式）、

D3DRS_FOGENABLE（同意霧化）、D3DRS_LIGHTING（光照）、D3DRS_DITHERENABLE

（同意抖動）、。

比如:

g_p<13dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE,D3DCULL_NONE);//關(guān)閉背面易U除

g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_ZENABLE,TRUE);//同意Z緩沖

g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING,FALSE);//關(guān)閉光照

13.2.4創(chuàng)建場景

三維場景是由若干物體（幾何對象）構(gòu)成的,

復(fù)雜的幾何對象由多個簡單的圖元（點、線、三

角形與多邊形等）所構(gòu)成，而圖元（primitive）

又是頂點（vertex）的集合。

3D圖元通常是一個多面體，通常用其表面的圖13-123D圖元表面的三角網(wǎng)格

三角網(wǎng)格來表示，參見圖13-12。因此最基本的圖元是三角形與頂點。

創(chuàng)建場景中的幾何對象，等價于建立表示該幾何體的頂點集合。因此，務(wù)必先定義自己

的頂點結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建頂點緩沖區(qū)，然后在鎖定頂點緩沖區(qū)后，再通過給頂點緩沖區(qū)中的各頂點

結(jié)構(gòu)賦值來構(gòu)造幾何對象，最后解鎖頂點緩沖區(qū)。

?定義頂點結(jié)構(gòu)

Direct3D使用一種FVF（FlexibleVertexFormat可變頂點格式）結(jié)構(gòu)來定義頂點，以滿

足用戶的不一致需要。在FVF結(jié)構(gòu)CUSTOMVERTEX中，能夠包含描述頂點的位置、RHW

（reciprocalhomogeneousw倒數(shù)齊次w,表示已變換頂點位置的齊次坐標w分量）、法向、

大小與（漫射、鏡面反射）顏色等字段，具體內(nèi)容由用戶根據(jù)需要自己來確定，但是各字段

之間的相對順序不能改變。

其中，頂點的位置與法向等字段，通常為三維點向量，能夠用Direct3D的擴展三維向量

結(jié)構(gòu)D3DXVECTOR3來表示：

typedefstructD3DXVECTOR3{FLOATx;FLOATy;FLOATz;}D3DXVECTOR3;

其中的FLOAT為float的typedef類型，定義在windef.h頭文件中。而顏色通常使用DWORD

的typedef定義類型D3DCOLOR。

比如：

structCUSTOMVERTEX{//含位置、法向量與顏色的自定義頂點結(jié)構(gòu)

D3DXVECTOR3position;//未變換頂點的3D位置

D3DXVECTOR3normal;//頂點的表面法向量

D3DCOLORcolor;//顏色

）；或者：

structCUSTOMVERTEX{//含位置、顏色與紋理坐標的自定義頂點結(jié)構(gòu)

D3DXVECTOR3position;//未變換頂點的3D位置

D3DCOLORcolor;//顏色

FLOATtu,tv;//紋理坐標

）；或者：

structCUSTOMVERTEX{//含位置齊次坐標與顏色的自定義頂點結(jié)構(gòu)

FLOATx,y,z,rhw;//已變換頂點的3D位置

DWORDcolor;//顏色

）；

用戶在定義了自己的頂點結(jié)構(gòu)類型后，還需要定義一個對應(yīng)的（宏）常量，來描述該結(jié)

構(gòu)的字段內(nèi)容。該（宏）常量由若干表示頂點格式的標志位符號常量（參見表13-1）的位或

者組合而成。

表13-1頂點數(shù)據(jù)格式標志

符號常量值數(shù)據(jù)類型描述

D3DFVF_XYZ0x002float,float,float未轉(zhuǎn)換的頂點坐標

D3DFVF_XYZRHW0x004float,float,float,float已轉(zhuǎn)換的頂點坐標

D3DFVF_XYZB1~5OxOO6/8/a/c/e】-3個float含權(quán)重i的頂點坐標

D3DFVF.XYZW0x4002float,float,float,float已轉(zhuǎn)換與裁剪的頂點坐標

D3DFVF_NORMAL0x010float,float,float頂點的法線

D3DFVF_PSIZE0x020float點大小

D3DFVF_DIFFUSE0x040DWORD(ARGB)漫射顏色

D3DFVF_SPECULAR0x080DWORD(ARGB)鏡面反射顏色

D3DFVF_TEX0~80x0-8001-4個floati重紋理映射

比如：

#defineD3DFVF_CUSTOMVERTEX(D3DFVF_XYZ|D3DFVF_NORMAL|D3DFVF_DIFFUSE)

或者：#defineD3DFVF_CUSTOMVERTEX(D3DFVF_XYZ|D3DFVF_DIFFUSE

D3DFVF_TEX1)

或者：constDWORDFVF=(D3DFVF_XYZRHW|D3DFVF_DIFFUSE);

?創(chuàng)建頂點緩沖區(qū)

在定義了頂點結(jié)構(gòu)后，就能夠創(chuàng)建頂點緩沖區(qū)了，這能夠由IDirect3DDevice9接口的

CreateVertexBuffer方法來完成：

HRESULTCreateVertexBuffer(//成功返回D3D_OK(=0)

UINTLength,//緩沖區(qū)的字節(jié)大小，通常為n*sizeof(CUSTOMVERTEX)

DWORDUsage,//緩沖區(qū)用法的附加屬性標志，通常為0

DWORDFVF,//頂點結(jié)構(gòu)格式常量

D3DPOOLPool,//緩沖區(qū)所在的內(nèi)存池類型(D3DPOOL枚舉值)

IDirect3DVertexBuffer9**ppVertexBuffer,//返回被創(chuàng)建的頂點緩沖區(qū)指針

HANDLE*pSharedHandle//保留，設(shè)為NULL

)；

其中，內(nèi)存池類型D3DPOOL枚舉的定義為：

typedefenumD3DPOOL{//內(nèi)存池類型枚舉

D3DPOOL_DEFAULT=0,//AGP存儲器或者顯存

D3DPOOL_MANAGED=1J/AGP存儲器或者顯存,且在系統(tǒng)內(nèi)存中還有一份拷貝

D3DPOOL_SYSTEMMEM=2,//系統(tǒng)內(nèi)存

D3DPOOL_SCRATCH=3,//系統(tǒng)內(nèi)存中的臨時池

D3DPOOL_FORCE_DWORD=0x7fffffff//未使用(強制該枚舉被編譯成32位)

)D3DPOOL;

比如：g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(100*sizeof(CUSTOMVERTEX),0,

D3DFVF_CUSTOMVERTEX,D3DPOOL_DEFAULT,&g_pVB,NULL);

或者：g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(3*sizeof(CUSTOMVERTEX),0,FVF,

D3DPOOL_MANAGED,&g_pVB,NULL);

?構(gòu)造點集

創(chuàng)建三維場景中的幾何對象，需要計算與構(gòu)造描述該幾何對象的點集。具體做法是：先

定義一個頂點指針?(用于操作頂點數(shù)組)；再調(diào)用Lock方法來獲取頂點緩沖區(qū)的首地址(賦

值給頂點指針)，并鎖定該區(qū)域僅供當前操作使用；然后利用該頂點指針，將計算的頂點結(jié)

構(gòu)值填入頂點緩沖區(qū)，從而構(gòu)造出幾何對象；最后調(diào)用Unlock方法解鎖頂點緩沖區(qū)。

IDirect3DVertexBuffer9接口的Lock與Unlock方法的定義為：

HRESULTLock(//成功返回D3D_OK(=0)

UINTOffsetToLock,//鎖定的偏移地址

UINTSizeToLock,//鎖定的字節(jié)數(shù)

VOID**ppbData,//返回被鎖定的緩沖區(qū)頭的指針

DWORDFlags//鎖定方式標志，可為0或者下列符號常量的組合：

//D3DLOCKDISCARD、D3DLOCKNODIRTYUPDATE,

//D3DL0CK_N0SYSL0CK.D3DL0CK_READ0NLY>

//D3DLOCK_NOOVERWRITE

)；

HRESULTUnlock();//成功返回D3D_OK(=0)

比如：

CUSTOMVERTEX*pVertices;

g_pVB->Lock(0,0,(void**)&pVertices,0);

……〃給頂點緩沖區(qū)中的各頂點結(jié)構(gòu)賦值(構(gòu)造幾何對象的點集)

g_pVB->Unlock();

13.2.5矩陣變換

描述單個物體（3D幾何對象）通常使用的是本地相對坐標。因此，在渲染之前，需要

將它們都轉(zhuǎn)換為描述場景的統(tǒng)一世界空間（worldspace）坐標，這對應(yīng)于世界矩陣變換。

為了將三維場景顯示在二維屏幕上，還需要選擇一個觀察點（眼睛/攝像機）與觀察角度

（方向/坐標）（對應(yīng)于觀察坐標矩陣變換），并將3D場景投影到一個2D平面（屏幕）上

（對應(yīng)于投影矩陣變換），還要將超出屏幕的部分去掉（裁剪），也能夠?qū)鼍巴渡涞狡聊?/p>

的某個矩形區(qū)域中（視口縮放）。參見圖13-13。

下面依次對這些變換加以介紹，這需要首先介紹Direct3D中的矩陣定義與變換方法。

?矩陣與變換

在Direct3D中，定義了矩陣(matrix)結(jié)構(gòu)D3DXMATRIX：

typedefstructD3DXMATRIX{//矩陣結(jié)構(gòu)

struct{//注意，C/C++的變量名可下列劃線開頭(但不能以數(shù)字開頭)

FLOAT_11;FLOAT_12;FLOAT_13;FLOAT_14;

FLOAT_21;FLOAT_22;FLOAT_23;FLOAT_24;

FLOAT_31;FLOAT_32;FLOAT_33;FLOAT_34;

FLOAT_41;FLOAT_42;FLOAT_43;FLOAT_44;

);‘_口_12_13_14、

)D3DXMATRIX;_21_22_23_24

對應(yīng)于4*4的浮點矩陣：_31_32_33_34

\—41—42—43―44/,

在Direct3D中，還定義了一個對IntelP4CPU運算進行了優(yōu)化的16字節(jié)對齊的矩陣結(jié)

構(gòu)(從D3DXMATRIX派生的C++結(jié)構(gòu)對象)：

typedefstruct_D3DXMATRIXA16:publicD3DXMATRIX{//16字節(jié)對齊矩陣結(jié)構(gòu)

_D3DXMATRIXA16();

_D3DXMATRIXA16(CONSTFLOAT*f);

_D3DXMATRIXA16(CONSTD3DMATRIX&m);

_D3DXMATRIXA16(FLOAT」1,FLOAT_12,FLOAT_I3,FLOAT_14,

FLOAT_21,FLOAT_22,FLOAT_23,FLOAT_24,

FLOAT_31,FLOAT_32,FLOAT_33,FLOAT_34,

FLOAT_41,FLOAT_42,FLOAT_43,FLOAT_44);

void*operatornew(size_ts);

void*operatornew[](size_ts);

voidoperatordelete(void*p);

voidoperatordelete[l(void*p);

struct_D3DXMATRIXA16&operator=(CONSTD3DXMATRIX&rhs);

}_D3DXMATRIXA16;

typedefD3DX_ALIGN16_D3DXMATRIXA16D3DXMATRIXA16;

Direct3D還提供了若干全局矩陣函數(shù)，如：

D3DXMATRIX*D3DXMatrixIdentity(D3DXMATRIX*pOut);//倉I建單位矩陣

FLOATD3DXMatrixDeterminant(CONSTD3DXMATRIX*pM);//返回矩陣的行歹U式值

D3DXMATRIX*D3DXMatrixInverse(//計算逆矩陣

D3DXMATRIX*pOut,//結(jié)果矩陣

FLOAT*pDeterminant,//行歹！J式值，可置為NULL

CONSTD3DXMATRIX*pM//原矩陣

)；

D3DXMATRIX*D3DXMatrixMultiply(//兩矩陣相乘

D3DXMATRIX*pOut,//結(jié)果矩陣

CONSTD3DXMATRIX*pMl,〃矩陣1

CONSTD3DXMATRIX*pM2//矩陣2

)；

矩陣變換(transform)的實施，可使用IDirect3DDevice9接口提供的SetTransform方法：

HRESULTSetTransform(//成功返回D3D_0K(=0)

D3DTRANSFORMSTATETYPEState,//變換類型狀態(tài)值

CONSTD3DMATRIX*pMatrix//變換矩陣

)；

其中State的取值可為D3DTRANSFORMSTATETYPE枚舉類型或者

D3DTS_WORLDMATRIX宏的值。如:D3DTS_VIEW(=2,觀察變換)>D3DTS_PROJECTION

(=3,投影變換)、D3DTSTEXTURE0-7(=16-23,紋理變換)、D3DTSWORLD(=256,

世界變換)等。

比如:

D3DXMATRIXA16matWorld;//定義矩陣結(jié)構(gòu)對象

D3DXMatrixIdentity(&matWorld);//變成單位矩陣

……〃對matWorld進行其他矩陣變換

g_pd3dDevice->SetTransfonn(D3DTS_WORLD.&matWorld);//實施變換

?世界變換

通常用每個物體各自的本地坐標來描述所對應(yīng)的3D幾何對象，而用統(tǒng)一的世界坐標來

描述整個場景(參見圖13-14),渲染之前需要將頂點從本地坐標系轉(zhuǎn)換到世界坐標系。稱

這種從本地坐標到世界坐標的轉(zhuǎn)換為世界變換(worldtransform),世界變換包含平移

(translation)、旋轉(zhuǎn)(rotation)與縮放(scaling)等三種具體變換類型，它們都可用對應(yīng)的

矩陣變換來表示。

下面是Direct3D提供的若干世界矩陣變換的全局函數(shù)：

D3DXMATR1X*D3DXMatrixTranslation(//平移變換

D3DXMATRIX*pOut,//原/結(jié)果矩陣

FLOATx,//x偏移量

FLOATy,//y偏移量

FLOATz//z偏移量

D3DXMATRIX*D3DXMatrixRotationX[Y/Z](//(繞x[y/z]軸的)旋轉(zhuǎn)變換

D3DXMATRIX*pOut,//原/結(jié)果矩陣

FLOATAngle//旋轉(zhuǎn)角度(弧度單位)

)；

D3DXMATRIX*D3DXMatrixScaling(//縮放變換

D3DXMATRIX*pOut,//原/結(jié)果矩陣

FLOATsx,//x方向的比例因子

FLOATsy,〃y方向的比例因子

FLOATsz//z方向的比例因子

)；

能夠通過這些函數(shù)，獲得所需要的各類變換矩陣。最后，還須使用D3DTS_W0RLD狀

態(tài)值，來調(diào)用IDirect3DDevice9接口的SetTransform方法，以實施最終矩陣所對應(yīng)的世界變

換。比如：

D3DXMatrixTranslation(&matWorld,m_xPos,m_yPos,m_zPos);//平移

D3DXMatrixRotationX(&matWorld,m_fPitch);〃繞x軸旋轉(zhuǎn)

g_pd3dDevice->SetTransfomi(D3DTS_W0RLD,&matWorld);//

實施世界變換

?觀察變換

觀察變換(viewtransform),可在世界坐標系(x、,,y、*Zw)中設(shè)置與改變觀察者的位置與

方向，將世界空間中的頂點轉(zhuǎn)換到攝影空間(cameraspace)(xe,ye,Ze),參見圖13-15。

在Direct3D中，觀察矩陣由全局助手函數(shù)D3DXMatrixLookAtLH(Left-Handed,左手

系)與D3DXMatrixLookAtRH(Right-Handed,右手系)來創(chuàng)建：

圖13-15通1察變橫

D3DXMATRIX*D3DXMatrixLookAtLH(//創(chuàng)建左手系觀察-

矩陣(右手系：LH-RH)

D3DXMATRIX*pOut,//結(jié)果