Directx11教程(4) 一个最基本D3D应用程序(2)

接着上篇教程的代码，本篇加入基本的D3D代码，实现一个完整的D3D11程序框架。

我们增加一个新类D3DClass, 用来处理3D渲染功能。增加该类后，程序的框架如下图：

    GraphicsClass.h代码改变如下, 主要是增加了一个D3DClass类成员变量，在Render函数中，将会调用D3DClass的相应Render函数，比如BeginScene、EndScene，BeginScene主要是清除framebuffer，设置渲染背景颜色，而EndScene则是把交换前后缓冲，使当前渲染的内容在屏幕上显示出来。

class GraphicsClass
    {
…

    private:
        bool Render();

        //定义一个D3DClass类成员变量

        D3DClass* m_D3D;

    };

GraphicsClass.cpp的代码如下：

#include "GraphicsClass.h"

GraphicsClass::GraphicsClass(void)
    {

       m_D3D = 0;       
    }

bool GraphicsClass:: Initialize(int screenWidth, int screenHeight, HWND hwnd)
    {
      bool result;

    // 创建一个D3DClass对象.
    m_D3D = new D3DClass;
    if(!m_D3D)
        {
        return false;
        }

   // 调用D3DClass初始化函数
    result = m_D3D->Initialize(screenWidth, screenHeight, VSYNC_ENABLED, hwnd, FULL_SCREEN, SCREEN_DEPTH, SCREEN_NEAR);
    if(!result)
        {
        MessageBox(hwnd, L"Could not initialize Direct3D", L"Error", MB_OK);
        return false;
        }

    return true;
    }

void GraphicsClass::Shutdown()
    {

    //销毁m_D3D对象
    if(m_D3D)
        {
        m_D3D->Shutdown();
        delete m_D3D;
        m_D3D = 0;
        }

    return;
    }

bool GraphicsClass::Frame()
    {

     bool result;

    //调用Render函数，渲染3D场景

    //Render是GraphicsClass的私有函数.

    result = Render();
    if(!result)
        {
        return false;
        }

    return true;
    }

bool GraphicsClass::Render()
    {

// 设置framebuffer为浅蓝色
m_D3D->BeginScene(00f, 0.0f, 0.5f, 1.0f);

//把framebuffer中的图像present到屏幕上.

m_D3D->EndScene();

    return true;
    }

Initialize函数，来初始化D3D11设备，设置相关状态。

初始化D3D的代码主要包括以下几个步骤：

1. 创建一个交换链(swapchain)描述变量,该变量包括后缓冲的设置(大小，格式）等。

2. 通过函数D3D11CreateDeviceAndSwapChain创建D3D11 设备和上下文设备(注：在D3D10中，只有一个device)。

3. 创建一个渲染目标视图指向后缓冲。

4. 创建深度、模版缓冲以及相应的视图。

5. 创建深度、模版状态并在OM(输出合并)阶段绑定到管线。

6. 创建并设置渲染状态。

7. 设置视口。

     设备创建后，我们可以通过ClearRenderTargetView(m_renderTargetView, color); 函数来清除帧缓冲(即设置渲染背景），ClearDepthStencilView(m_depthStencilView, D3D11_CLEAR_DEPTH, 1.0f, 0);函数清除深度模版缓冲，然后开始渲染3D场景，渲染完成后，我们还要用Present函数把后缓冲内容显示到输出设备上。

      在D3D中，我们使用双缓冲的概念(也可以设置多个后缓冲，但我从来只设置1个),前缓冲就是屏幕上现在显示的内容，后缓冲是现在正在渲染的内容。使用两个缓冲，可以保证渲染的内容完整，避免屏幕上显示不完整的渲染图像。当渲染完成时候，我们交换前后缓冲（这个概念在D3D中称作present，在opengl中叫做swapbuffer)，后缓冲成为前缓冲，前缓冲成为后缓冲，这样，后缓冲的内容就在屏幕上显示，而下一帧的内容则输出到前一帧前缓冲(现在的后缓冲)。

     在D3D11中，我们在很多地方使用2D纹理，除了纹理图像外，后缓冲，深度缓冲等等都用2D纹理表示。2D纹理可以看作一副存储数据的二维图像。当然，它还有更多的功能，比如mipmaps层，实施滤波和多采样操作等等。

  

纹理数据通常为以下几种格式：

DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT : 每个元素包括3个32位浮点数。
DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM : 每个元素有4个16位分量，每个分量都被映射到[0, 1] 范围，UNORM表示无符号归一化。
DXGI_FORMAT_R32G32_UINT: 每个元素有2个32位无符号整数。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM :每个元素有4个8位无符号整数，被映射到 [0,1] 范围。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SNORM : 每个元素有4个8位有符号分量，被映射到[ -1, 1]范围。
DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SINT: 每个元素有4个8位有符号整数，被映射到[ − 128, 127] 范围。

D3D 初始化的代码主要在D3DClass的初始化函数中，需要注意的取得显卡的刷新率主要是设置垂直同步时使用：

//Initialize函数包含完成D3D设置的所有代码。

bool D3DClass::Initialize(int screenWidth, int screenHeight, bool vsync, HWND hwnd, bool fullscreen,
    float screenDepth, float screenNear)
    {
    HRESULT result;
    IDXGIFactory* factory;
    IDXGIAdapter* adapter;
    IDXGIOutput* adapterOutput;
    unsigned int numModes, i, numerator, denominator, stringLength;
    DXGI_MODE_DESC* displayModeList;
    DXGI_ADAPTER_DESC adapterDesc;
    int error;
    DXGI_SWAP_CHAIN_DESC swapChainDesc;
    D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
    ID3D11Texture2D* backBufferPtr;
    D3D11_TEXTURE2D_DESC depthBufferDesc;
    D3D11_DEPTH_STENCIL_DESC depthStencilDesc;
    D3D11_DEPTH_STENCIL_VIEW_DESC depthStencilViewDesc;
    D3D11_RASTERIZER_DESC rasterDesc;
    D3D11_VIEWPORT viewport;
    float fieldOfView, screenAspect;

    // 保存垂直同步设置
    m_vsync_enabled = vsync;

   // 创建一个DirectX graphics interface factory. 
   result = CreateDXGIFactory(__uuidof(IDXGIFactory), (void**)&factory);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

    // 用接口工厂创建一个主显卡的适配
    result = factory->EnumAdapters(0, &adapter);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

  // 得到主适配器的输出.
    result = adapter->EnumOutputs(0, &adapterOutput);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

    //得到适合 DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM 的显示模式.
    result = adapterOutput->GetDisplayModeList(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_ENUM_MODES_INTERLACED, &numModes, NULL);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

    displayModeList = new DXGI_MODE_DESC[numModes];
    if(!displayModeList)
        {
        return false;
        }

    // 保存显示模式到displayModeList中
    result = adapterOutput->GetDisplayModeList(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, DXGI_ENUM_MODES_INTERLACED, &numModes, displayModeList);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

    //遍历所有显示模式，得到刷新率两个参数值numerator 和 denominator
    for(i=0; i<numModes; i++)
        {
        if(displayModeList[i].Width == (unsigned int)screenWidth)
            {
            if(displayModeList[i].Height == (unsigned int)screenHeight)
                {
                numerator = displayModeList[i].RefreshRate.Numerator;
                denominator = displayModeList[i].RefreshRate.Denominator;
                }
            }
        }
  // 得到显卡描述
    result = adapter->GetDesc(&adapterDesc);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

   // 保存显存大小.
    m_videoCardMemory = (int)(adapterDesc.DedicatedVideoMemory / 1024 / 1024);

    //保存显卡描述串

   //wcstombs_s, wide char转化为char
    error = wcstombs_s(&stringLength, m_videoCardDescription, 128, adapterDesc.Description, 128);
    if(error != 0)
        {
        return false;
        }
   // 释放显示模式列表
    delete [] displayModeList;
    displayModeList = 0;

    //释放适配器输出.
    adapterOutput->Release();
    adapterOutput = 0;

   //释放适配器
    adapter->Release();
    adapter = 0;

    // 释放接口工厂.
    factory->Release();
    factory = 0;

    // 初始化交换链描述
    ZeroMemory(&swapChainDesc, sizeof(swapChainDesc));

   // 用1个后缓冲
    swapChainDesc.BufferCount = 1;

   //帧缓冲的大小和应用程序窗口大小相等 
    swapChainDesc.BufferDesc.Width = screenWidth;
    swapChainDesc.BufferDesc.Height = screenHeight;

   // 后缓冲的surface的格式为DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM  
   // surface的每个像素用4个无符号的8bit[映射到0-1]来表示。NORM表示归一化 
    swapChainDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;

   // 如果使用垂直同步，设置后缓冲的刷新率

    //刷新率就是一秒钟把后缓冲内容在屏幕上画出的次数 
    //如果开启垂直同步，则锁定刷新率，则fps是固定的

    if(m_vsync_enabled)
        {
        swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = numerator;
        swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = denominator;
        }
    else
        {
        swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 0;
        swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
        }

    // 设置后缓冲的用途
    // 我们的渲染目标缓冲为后缓冲 
    swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;

   // 后缓冲输出的窗口句柄 
    swapChainDesc.OutputWindow = hwnd;

    // 不使用多重采样
    swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;
    swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;

    // 设置全屏或者窗口模式 
    if(fullscreen)
        {
        swapChainDesc.Windowed = false;
        }
    else
        {
        swapChainDesc.Windowed = true;
        }

  // 设定扫描线ordering以及缩放为unspecified 
    swapChainDesc.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED;
    swapChainDesc.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED;

    // 后缓冲内容呈现到屏幕后，放弃其内容
    swapChainDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;

   //不设置标志
    swapChainDesc.Flags = 0;

   // 设置feature level为D3D11
    // 如果显卡不支持D3D11,我们能够通过设置这个参数，使用D3D10,或者9 
    featureLevel = D3D_FEATURE_LEVEL_11_0;

    // 创建交换链，设备以及设备上下文 
    result = D3D11CreateDeviceAndSwapChain(NULL, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, NULL, 0, &featureLevel, 1,
        D3D11_SDK_VERSION, &swapChainDesc, &m_swapChain, &m_device, NULL, &m_deviceContext);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

说明：在本教程代码中，我们同时创建device和swapchain，可以通过两个函数分别创建device和swapchain

D3D11CreateDevice( NULL,  //默认显卡

                             D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,

                              0,  //表示没有软件device

                              0,  //创建设备的标志，可以指定为D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG，可在vs中输入调试信息

                              0, 0, //FeatureLevel的信息，设置为0，将使用最高的feature，也就是D3D11 feature

                              D3D11_SDK_VERSION, //SDK版本

                              &m_device,

                              &featureLevel, //返回现在选择的feature level信息

                               &m_deviceContext

                              );

创建设备后，我们可以查询到当前device支持msaa的情况，比如下面的代码，查询device是否支持4xaa。

UINT m4xMsaaQuality;

m_device->CheckMultisampleQualityLevels( DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM, 4, &m4xMsaaQuality));

如果这个函数返回0，则表示显示格式和采样数量的组合硬件不支持。否则，返回有效的quality数目，有效的quality值是0-m4xMsaaQuality。

之后可以，单独创建swapchain：

result = factory->CreateSwapChain(m_device,&swapChainDesc, &m_swapChain);

    // 得到交换链中的后缓冲指针 
    result = m_swapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&backBufferPtr);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

   // 用后缓冲创建渲染目标视图.
    result = m_device->CreateRenderTargetView(backBufferPtr, NULL, &m_renderTargetView);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

   //释放后缓冲(引用计数减1)
    backBufferPtr->Release();
    backBufferPtr = 0;

    // 初始化深度缓冲描述.
    ZeroMemory(&depthBufferDesc, sizeof(depthBufferDesc));

    //设置深度缓冲描述
    depthBufferDesc.Width = screenWidth;
    depthBufferDesc.Height = screenHeight;
    depthBufferDesc.MipLevels = 1; //对于深度缓冲为1
    depthBufferDesc.ArraySize = 1; //对于深度缓冲为1，对于纹理，这2个参数有更多用途
    depthBufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
    depthBufferDesc.SampleDesc.Count = 1;
    depthBufferDesc.SampleDesc.Quality = 0;
    depthBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    depthBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
    depthBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
    depthBufferDesc.MiscFlags = 0;

  // 创建深度缓冲
    result = m_device->CreateTexture2D(&depthBufferDesc, NULL, &m_depthStencilBuffer);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;

        }

    // 初始化深度模版状态描述 

像素shader完成后，会进行深度模版测试，深度模版测试流程见：http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/p/5149729.html
    ZeroMemory(&depthStencilDesc, sizeof(depthStencilDesc));

    // 设置深度模版状态描述
    depthStencilDesc.DepthEnable = true;
    depthStencilDesc.DepthWriteMask = D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;

    //D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO禁止写深度缓冲
    depthStencilDesc.DepthFunc = D3D11_COMPARISON_LESS;

    depthStencilDesc.StencilEnable = true;
    depthStencilDesc.StencilReadMask = 0xFF;
    depthStencilDesc.StencilWriteMask = 0xFF;

   // 对于front face 像素使用的模版操作操作

    depthStencilDesc.FrontFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
    depthStencilDesc.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_INCR;
    depthStencilDesc.FrontFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
    depthStencilDesc.FrontFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;

   // 对于back face像素使用的模版操作模式
    depthStencilDesc.BackFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
    depthStencilDesc.BackFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_DECR;
    depthStencilDesc.BackFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
    depthStencilDesc.BackFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;

    //创建深度模版状态
    result = m_device->CreateDepthStencilState(&depthStencilDesc, &m_depthStencilState);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;

        }

  // 设置深度模版状态，使其生效
    m_deviceContext->OMSetDepthStencilState(m_depthStencilState, 1);

   // 初始化深度模版视图.
    ZeroMemory(&depthStencilViewDesc, sizeof(depthStencilViewDesc));

    // 设置深度模版视图描述.
    depthStencilViewDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
    depthStencilViewDesc.ViewDimension = D3D11_DSV_DIMENSION_TEXTURE2D;
    depthStencilViewDesc.Texture2D.MipSlice = 0;

    // 创建深度模版视图.
    result = m_device->CreateDepthStencilView(m_depthStencilBuffer, &depthStencilViewDesc, &m_depthStencilView);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

    // 绑定渲染目标视图和深度缓冲到渲染管线.
    m_deviceContext->OMSetRenderTargets(1, &m_renderTargetView, m_depthStencilView);

    // 设置光栅化描述，指定多边形如何被渲染.
    rasterDesc.AntialiasedLineEnable = false;
    rasterDesc.CullMode = D3D11_CULL_BACK; //背面剔除，看不见三角形会被剔除掉。
    rasterDesc.DepthBias = 0;
    rasterDesc.DepthBiasClamp = 0.0f;
    rasterDesc.DepthClipEnable = true;
    rasterDesc.FillMode = D3D11_FILL_SOLID;
    rasterDesc.FrontCounterClockwise = false;
    rasterDesc.MultisampleEnable = false;
    rasterDesc.ScissorEnable = false;
    rasterDesc.SlopeScaledDepthBias = 0.0f;

   // 创建光栅化状态.
    result = m_device->CreateRasterizerState(&rasterDesc, &m_rasterState);
    if(FAILED(result))
        {
        return false;
        }

   //设置光栅化状态，使其生效
    m_deviceContext->RSSetState(m_rasterState);

   // 设置视口，显示全部后缓冲内容
    viewport.Width = (float)screenWidth;
    viewport.Height = (float)screenHeight;
    viewport.MinDepth = 0.0f;
    viewport.MaxDepth = 1.0f;
    viewport.TopLeftX = 0.0f;
    viewport.TopLeftY = 0.0f;

   // 创建视口
    m_deviceContext->RSSetViewports(1, &viewport);

    // 设置透视投影矩阵
    fieldOfView = (float)D3DX_PI / 4.0f;
    screenAspect = (float)screenWidth / (float)screenHeight;

    //创建透视投影矩阵

    D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&m_projectionMatrix, fieldOfView, screenAspect, screenNear, screenDepth);

    //初始化world矩阵为单位矩阵.

    //该矩阵实现局部坐标到世界坐标的转换
    D3DXMatrixIdentity(&m_worldMatrix);

   // 创建正交投影矩阵，主要用来实施2D渲染.
    D3DXMatrixOrthoLH(&m_orthoMatrix, (float)screenWidth, (float)screenHeight, screenNear, screenDepth);

    return true;

    }

   程序执行后，界面如下图所示。

完整的代码请参考：

工程文件myTutorialD3D11_3

代码下载：

https://files.cnblogs.com/mikewolf2002/myTutorialD3D11.zip