Direct 3D学习笔记三:矩阵
仍然是基于先前的程序。
首先来介绍三个基本的矩阵,这是direct 3d中必须设置的三个矩阵,即世界矩阵,视图矩阵,投影矩阵。而对应的三个变换就是世界变换(World Transform),摄像机变换(Camera Transform),和投影变换(Projection Transform)。
世界变换(World Transform)
三维图形的所有定点都具有局部坐标系,但是在三维空间绘制多个物体时,需要将他们的局部坐标系引入同一个坐标系,就是世界坐标系,也就是把局部坐标系转变为世界坐标系。
摄像机变换(Camera Transform)
所谓摄像机变换,就是以一个摄像机的观察点为基准,将世界坐标系转变为摄像机坐标系。对于摄像机变换,需要使用以下几个函数:
摄像机变换矩阵运算
D3DXMATRIX *D3DXMatrixLookAtLH( D3DXMATRIX *pOut,
CONST D3DXVECTOR3 *pEye,
CONST D3DXVECTOR3 *pAt,
CONST D3DXVECTOR3 *pUp
);
摄像机变换
HRESULT SetTransform( D3DTRANSFORMSTATETYPE State,
CONST D3DMATRIX *pMatrix
);
(具体说明请参见Direct X9说明文档)
投影变换(Projection Transform)
世界坐标系与摄像机坐标系都是三维坐标系,但屏幕显示的是二围坐标,因此需要进行三维坐标到二围坐标的转换。需要用到以下几个函数:
投影变换矩阵运算
D3DXMATRIX *D3DXMatrixPerspectiveFovLH( D3DXMATRIX *pOut,
FLOAT fovY,
FLOAT Aspect,
FLOAT zn,
FLOAT zf
);
投影变换
HRESULT SetTransform( D3DTRANSFORMSTATETYPE State,
CONST D3DMATRIX *pMatrix
);
(具体说明请参见Direct X9说明文档)
综上,对于一个顶点来说,我们要把它变换成最终的坐标系需要经过世界矩阵,摄像机矩阵,和投影矩阵三个阶段,我们称其为渲染管道。
重要函数如下
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 创建矩阵
* 矩阵分为世界矩阵、视图矩阵、投影矩阵三种.
*------------------------------------------------------------------------------
*/
VOID SetupMatrices()
{
/// 世界矩阵
D3DXMATRIXA16 matWorld;
UINT iTime = timeGetTime() % 1000; /// 运行1000的余数运算,以保证Float运算的精确度.
FLOAT fAngle = iTime * (2.0f * D3DX_PI) / 1000.0f; /// 创建每1000毫秒旋转一圈(2 * pi)的旋转矩阵.
D3DXMatrixRotationY( &matWorld, fAngle ); /// 创建Y轴为旋转轴的旋转矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld ); /// 在设备中将创建的矩阵设定为世界矩阵
/// 定义视图矩阵需要三个值.
D3DXVECTOR3 vEyePt( 0.0f, 3.0f,-5.0f ); /// 1. 眼睛的位置(0,3.0,﹣5)
D3DXVECTOR3 vLookatPt( 0.0f, 0.0f, 0.0f ); /// 2. 眼睛观察的位置(0,0,0)
D3DXVECTOR3 vUpVec( 0.0f, 1.0f, 0.0f ); /// 3. 表现顶点方向的上方向量(0,1,0)
D3DXMATRIXA16 matView;
D3DXMatrixLookAtLH( &matView, &vEyePt, &vLookatPt, &vUpVec ); /// 由1,2,3值创建视图矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView ); /// 在设备中设定创建的视图矩阵
/// 定义投影矩阵需要视角(FOV=Field Of View)、长宽比(aspect ratio)和裁剪平面的值.
D3DXMATRIXA16 matProj;
/// matProj : 设定值的矩阵
/// D3DX_PI/4 : FOV(D3DX_PI/4=45度)
/// 1.0f : 长宽比
/// 1.0f : 近裁剪面(near clipping plane)
/// 100.0f : 远裁剪面(far clipping plane)
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 100.0f );
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matProj ); /// 在设备中设定创建的投影矩阵
}
总代码如下
#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h> /// 使用TimeGetTime()函数包含的首部
#include <d3dx9.h>
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 全局参数
*------------------------------------------------------------------------------
*/
LPDIRECT3D9 g_pD3D = NULL; /// 创建D3D设备的D3D对象参数
LPDIRECT3DDEVICE9 g_pd3dDevice = NULL; /// 渲染中使用的D3D设备
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 g_pVB = NULL; /// 储存顶点的顶点缓冲
/// 定义用户顶点的结构体
struct CUSTOMVERTEX
{
FLOAT x, y, z; /// 顶点的三维坐标
DWORD color; /// 顶点的颜色
};
/// 表现用户顶点结构体相关信息的FVF值
/// 结构体由X,Y,Z,RHW值和Diffuse颜色值组成.
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ|D3DFVF_DIFFUSE)
/**-----------------------------------------------------------------------------
* Direct3D初始化
*------------------------------------------------------------------------------
*/
HRESULT InitD3D( HWND hWnd )
{
/// 创建一个用来创建设备的D3D对象
if( NULL == ( g_pD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) ) )
return E_FAIL;
/// 创建设备的结构体
D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
d3dpp.Windowed = TRUE;
d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;
/// 创建设备
if( FAILED( g_pD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,
D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,
&d3dpp, &g_pd3dDevice ) ) )
{
return E_FAIL;
}
/// 起到卷起功能. 对三角形的前面、后面进行渲染.
g_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE );
/// 顶点具有颜色值,能起到光源功能.
g_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_LIGHTING, FALSE );
return S_OK;
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 几何信息初始化
*------------------------------------------------------------------------------
*/
HRESULT InitGeometry()
{
/// 渲染三角形的三个顶点声明
CUSTOMVERTEX g_Vertices[] =
{
{ -1.0f,-1.0f, 0.0f, 0xffff0000, },
{ 1.0f,-1.0f, 0.0f, 0xff0000ff, },
{ 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0xffffffff, },
};
/// 创建顶点缓冲
if( FAILED( g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer( 3*sizeof(CUSTOMVERTEX),
0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX,
D3DPOOL_DEFAULT, &g_pVB, NULL ) ) )
{
return E_FAIL;
}
/// 将数据写入顶点缓冲.
VOID* pVertices;
if( FAILED( g_pVB->Lock( 0, sizeof(g_Vertices), (void**)&pVertices, 0 ) ) )
return E_FAIL;
memcpy( pVertices, g_Vertices, sizeof(g_Vertices) );
g_pVB->Unlock();
return S_OK;
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 删除初始化对象
*------------------------------------------------------------------------------
*/
VOID Cleanup()
{
if( g_pVB != NULL )
g_pVB->Release();
if( g_pd3dDevice != NULL )
g_pd3dDevice->Release();
if( g_pD3D != NULL )
g_pD3D->Release();
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 创建矩阵
* 矩阵分为世界矩阵、视图矩阵、投影矩阵三种.
*------------------------------------------------------------------------------
*/
VOID SetupMatrices()
{
/// 世界矩阵
D3DXMATRIXA16 matWorld;
UINT iTime = timeGetTime() % 1000; /// 运行1000的余数运算,以保证Float运算的精确度.
FLOAT fAngle = iTime * (2.0f * D3DX_PI) / 1000.0f; /// 创建每1000毫秒旋转一圈(2 * pi)的旋转矩阵.
D3DXMatrixRotationY( &matWorld, fAngle ); /// 创建Y轴为旋转轴的旋转矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld ); /// 在设备中将创建的矩阵设定为世界矩阵
/// 定义视图矩阵需要三个值.
D3DXVECTOR3 vEyePt( 0.0f, 3.0f,-5.0f ); /// 1. 眼睛的位置(0,3.0,﹣5)
D3DXVECTOR3 vLookatPt( 0.0f, 0.0f, 0.0f ); /// 2. 眼睛观察的位置(0,0,0)
D3DXVECTOR3 vUpVec( 0.0f, 1.0f, 0.0f ); /// 3. 表现顶点方向的上方向量(0,1,0)
D3DXMATRIXA16 matView;
D3DXMatrixLookAtLH( &matView, &vEyePt, &vLookatPt, &vUpVec ); /// 由1,2,3值创建视图矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView ); /// 在设备中设定创建的视图矩阵
/// 定义投影矩阵需要视角(FOV=Field Of View)、长宽比(aspect ratio)和裁剪平面的值.
D3DXMATRIXA16 matProj;
/// matProj : 设定值的矩阵
/// D3DX_PI/4 : FOV(D3DX_PI/4=45度)
/// 1.0f : 长宽比
/// 1.0f : 近裁剪面(near clipping plane)
/// 100.0f : 远裁剪面(far clipping plane)
D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 100.0f );
g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matProj ); /// 在设备中设定创建的投影矩阵
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 绘图
*------------------------------------------------------------------------------
*/
VOID Render()
{
/// 将后置缓冲清除,同时设置为黑色(0,0,255).
g_pd3dDevice->Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0), 1.0f, 0 );
/// 开始渲染
if( SUCCEEDED( g_pd3dDevice->BeginScene() ) )
{
/// 创建世界矩阵、视图矩阵和投影矩阵.
SetupMatrices();
/// 绘制顶点缓冲内容.
g_pd3dDevice->SetStreamSource( 0, g_pVB, 0, sizeof(CUSTOMVERTEX) );
g_pd3dDevice->SetFVF( D3DFVF_CUSTOMVERTEX );
g_pd3dDevice->DrawPrimitive( D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 1 );
/// 结束渲染
g_pd3dDevice->EndScene();
}
/// 显示后置缓冲的画面!
g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 窗口过程
*------------------------------------------------------------------------------
*/
LRESULT WINAPI MsgProc( HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam )
{
switch( msg )
{
case WM_DESTROY:
Cleanup();
PostQuitMessage( 0 );
return 0;
}
return DefWindowProc( hWnd, msg, wParam, lParam );
}
/**-----------------------------------------------------------------------------
* 程序的起始地址
*------------------------------------------------------------------------------
*/
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,
"D3D Tutorial", NULL };
RegisterClassEx( &wc );
/// 创建窗口
HWND hWnd = CreateWindow( "D3D Tutorial", "D3D Tutorial 03: Matrices",
WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 100, 300, 300,
GetDesktopWindow(), NULL, wc.hInstance, NULL );
/// Direct3D初始化
if( SUCCEEDED( InitD3D( hWnd ) ) )
{
/// 场景中使用的几何信息初始化
if( SUCCEEDED( InitGeometry() ) )
{
/// 显示窗口
ShowWindow( hWnd, SW_SHOWDEFAULT );
UpdateWindow( hWnd );
/// 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();
}
}
}
UnregisterClass( "D3D Tutorial", wc.hInstance );
return 0;
}
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