Directx11学习笔记 第一个D3D11程序

Posted 2020-06-12

在先前的解决方案中新建一个新的Win32项目FirstD3D11Demo。在写代码之前，我们必须先添加dx11所需要的库。为了链接dx库，右键项目选择属性->vc++目录，在包含目录中添加你所安装的SDK根目录\Include，在库目录中添加 根目录\lib\x86(或x64),在链接器->输入的附加依赖项中添加d3d11.lib、d3dx11.lib、dxerr.lib。

第一次使用d3d，首先应该从初始化开始。

初始化d3d11的步骤主要有以下几个：

1、定义我们要检查的设备类型和特征级别

2、创建d3d设备，渲染环境和交换链

3、创建渲染对象

4、设置视口观察区（ViewPort）

下面将对一些概念和用到的d3d对象和函数作具体说明。

 

数据格式

D3D应用程序中，无论是纹理图片，还是创建的缓冲区，都有着特定的数据格式。D3D11支持有限的数据格式，以枚举变量形式存在，如下几种：

DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT: 3个32位单精度符点数组成，比如用于代表三维空间坐标，以及24位颜色；

DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM: 4个16位数组成，每个成员位于[0,1.0f]之间，UNORM意指：unsigned normalized，即无符号，且归一化的；

DXGI_FORMAT_R32G32_UINT：2个32位数组成，每个成员为无符号整型(unsigned int)；

DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM：4个8位数组成，每个成员为[0,1.f]之间；

DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SNORM：4个8位数组成，每个成员为[-1.0f, 1.0f]之间，SNORM意指：signed normalized；

DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SINT：4个8位数组成，每个成员为有符号整型；

 

特征级别（Feature Level）

特征级别定义了一系列支持不同d3d功能的相应等级，如果一个用户的硬件不支持某一特征等级，程序可以选择较低的等级来运行。

下面是d3d定义的几个不同级别代表不同的d3d版本

typedef enum D3D_FEATURE_LEVEL { 
  D3D_FEATURE_LEVEL_9_1   = 0x9100,
  D3D_FEATURE_LEVEL_9_2   = 0x9200,
  D3D_FEATURE_LEVEL_9_3   = 0x9300,
  D3D_FEATURE_LEVEL_10_0  = 0xa000,
  D3D_FEATURE_LEVEL_10_1  = 0xa100,
  D3D_FEATURE_LEVEL_11_0  = 0xb000,
  D3D_FEATURE_LEVEL_11_1  = 0xb100,
  D3D_FEATURE_LEVEL_12_0  = 0xc000,
  D3D_FEATURE_LEVEL_12_1  = 0xc100
} D3D_FEATURE_LEVEL;

在初始化过程中，我们可以提供一组不同的特征等级，程序会从第一个开始逐个检测，碰到第一个合适的来创建设备。因此我们在数组中从高到低放置特征等级提供给初始化程序。

 

交换链（SwapChain）

为了实现平滑的动画，至少需要两个缓冲区，一个前缓冲区用于显示，一个后缓冲区用于下一帧的绘制，每次绘制完一帧后通过交换前、后缓冲区对应的指针来显示新一帧，并在之前的前缓冲区（当前的后缓冲区）上开始继续绘制下一帧。交换链可以有3个或者更多缓冲区，但一般情况下两个够用了。通常在游戏中，我们有两种颜色缓存，一个主缓存，一个辅助缓存，这就是所谓的前向和后向缓存。主缓存是显示在屏幕上的，辅助缓存则是用于下一帧的绘制。在d3d11中交换链对应的接口为IDXGISwapChain。

 

深度/模板缓冲区：Depth/Stencil Buffer

深度缓冲区是与交换链缓冲区大小完全一样的一块显存区域，即每个像素在深度缓冲区中对应相应的位置。在渲染管线的最终的混合阶段（Output Merger Stage），每个片（Fragment）都有一个深度值z，与深度缓冲区对应位置上的深度相比较，如果该片段z更小，则绘制该片段，并覆盖当前的尝试值，否则抛弃该片段。该缓冲区主要用于实现投影在屏幕上同一位置、远近不同的物体之间相同的遮挡效果。此外，灵活配置尝试缓冲区，可以实现很多种高级特效。

 

 多重采样抗锯齿:Multisampling Atialiasing

       针对光栅化显示器抗锯齿的方法有多种，在d3d中采用的多重采样方法。即在每个像素点内部，设置多个采样点，绘制多边形边缘时，针对每个采样点判断是否被多边形覆盖，最终的颜色值从采样点中取均值，以对多边形的边缘进行“模糊化"，从而减轻锯齿效果。如下图所示，这是一个4重采样的例子，该像素最终的颜色值是多边形本身颜色值的3/4：

支持d3d11的硬件全部支持4重采样，因此我们在后面的程序中将普遍使用4个采样点。在d3d11中通过结构DXGI_SAMPLE_DESC来设置多重采样，其定义如下：

typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC {
  UINT Count;
  UINT Quality;
} DXGI_SAMPLE_DESC;

 

D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG 枚举类型

typedef enum D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG { 
  D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED                                 = 0x1,
  D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG                                          = 0x2,
  D3D11_CREATE_DEVICE_SWITCH_TO_REF                                  = 0x4,
  D3D11_CREATE_DEVICE_PREVENT_INTERNAL_THREADING_OPTIMIZATIONS       = 0x8,
  D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT                                   = 0x20,
  D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUGGABLE                                     = 0x40,
  D3D11_CREATE_DEVICE_PREVENT_ALTERING_LAYER_SETTINGS_FROM_REGISTRY  = 0x80,
  D3D11_CREATE_DEVICE_DISABLE_GPU_TIMEOUT                            = 0x100,
  D3D11_CREATE_DEVICE_VIDEO_SUPPORT                                  = 0x800
} D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG;

D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED
如果使用该常量，你的应用程序将只可以在一个线程中的调用 Dierct3D 11接口。在默认情况下ID3D11Device
对象是一个安全线程。使用这个标志，你可以增强性能。然而，如果你使用这个标志并且你的应用程序使用
多线程调用Dierct3D 11接口，可能导致不可预期的结果。

D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG
创建一个设备支持调用层。

D3D11_CREATE_DEVICE_SWITCH_TO_REF
注意 这个标志不支持Direct3D 11.

D3D11_CREATE_DEVICE_PREVENT_INTERNAL_THREADING_OPTIMIZATIONS
阻止被多线程创建。当使用WARP标志时，WARP和所有光栅不能够被线程调用。这个标志不建议使用。

D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT
Dierct2D需要和Direct3D资源交互。

 

交换链具体定义

typedef struct DXGI_SWAP_CHAIN_DESC {
  DXGI_MODE_DESC   BufferDesc;
  DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;
  DXGI_USAGE       BufferUsage;
  UINT             BufferCount;
  HWND             OutputWindow;
  BOOL             Windowed;
  DXGI_SWAP_EFFECT SwapEffect;
  UINT             Flags;
} DXGI_SWAP_CHAIN_DESC;

BufferDesc指定后缓冲区有关特性；

       SampleDesc指定多重采样，前面说过；

       BufferUsage，对于交换链，为DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT；

       BufferCount：我们只创建一个后缓冲区（双缓冲），因此为1；

       OutputWindow：指定窗口句柄，Win32程序初始化完创建的主窗口；

       Windowed：是否全屏；

       DXGI_SWAP_EFFECT：通常为DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD；

       Flags：可选

其中DXGI_MODE_DESC定义如下

typedef struct DXGI_MODE_DESC {
  UINT                     Width;
  UINT                     Height;
  DXGI_RATIONAL            RefreshRate;
  DXGI_FORMAT              Format;
  DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER ScanlineOrdering;
  DXGI_MODE_SCALING        Scaling;
} DXGI_MODE_DESC, *LPDXGI_MODE_DESC;

Width、Height为缓冲区大小，一般设为主窗口大小；

Format为缓冲区类型，一般作为渲染对象缓冲区类型为DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM；

其他参数一般为固定的。

创建交换链的具体过程见后面附的代码

 

D3D11CreateDeviceAndSwapChain函数原型：

HRESULT D3D11CreateDeviceAndSwapChain(
  _In_opt_        IDXGIAdapter         *pAdapter,
                  D3D_DRIVER_TYPE      DriverType,
                  HMODULE              Software,
                  UINT                 Flags,
  _In_opt_  const D3D_FEATURE_LEVEL    *pFeatureLevels,
                  UINT                 FeatureLevels,
                  UINT                 SDKVersion,
  _In_opt_  const DXGI_SWAP_CHAIN_DESC *pSwapChainDesc,
  _Out_opt_       IDXGISwapChain       **ppSwapChain,
  _Out_opt_       ID3D11Device         **ppDevice,
  _Out_opt_       D3D_FEATURE_LEVEL    *pFeatureLevel,
  _Out_opt_       ID3D11DeviceContext  **ppImmediateContext
);

pAdapter来选择相应的图形适配器，设为NULL以选择默认的适配器；

DriverType设置驱动类型，一般毫无疑问选择硬件加速，即D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE，此时下一个参数就是NULL；

Flags为可选参数，一般为NULL，可以设为D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG、D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED，或两者一起，前者让要用于调试时收集信息，后者在确定程序只在单线程下运行时设置为它，可以提高性能；

pFeatureLevels为我们提供给程序的特征等级的一个数组，下一个参数为数组中元素个数；

SDKVersion恒定为D3D11_SDK_VERSION；

ppDevice为设备指针的地址，注意设备是指针类型，这里传递的是指针的地址（二维指针，d3d程序中所有的接口都声明为指针类型！）；

pFeatureLevel为最后程序选中的特征等级，我们定义相应的变量，传递它的地址进来；

ppImmediateContext为设备上下文指针的地址，要求同设备指针。

 

CreateRenderTargetView函数原型

HRESULT CreateRenderTargetView(
  [in]                  ID3D11Resource                *pResource,
  [in, optional]  const D3D11_RENDER_TARGET_VIEW_DESC *pDesc,
  [out, optional]       ID3D11RenderTargetView        **ppRTView
);

pResource为视图对应资源

pDesc为视图描述

ppRTView要创建的视图，是一个指针的地址

 

D3D11_VIEWPORT定义

typedef struct D3D11_VIEWPORT {
  FLOAT TopLeftX;        //视口左上角x坐标，一般视口占满屏幕的，所以为0
  FLOAT TopLeftY;        //y坐标
  FLOAT Width;            //视口宽度，一般与后缓冲区一致，以保持图像不变形
  FLOAT Height;            //高度，同上
  FLOAT MinDepth;        //最小深度值：0.0f
  FLOAT MaxDepth;        //最大深度值：1.0f
} D3D11_VIEWPORT;

 

下面给出整个工程的代码：

  1 #include <windows.h>
  2 #include <d3d11.h>
  3 #include <DxErr.h>
  4 #include <D3DX11.h>
  5 
  6 HINSTANCE g_hInstance = NULL;
  7 HWND g_hWnd = NULL;
  8 LPCWSTR g_name = L"FirstD3D11Demo";
  9 D3D_DRIVER_TYPE g_driverType = D3D_DRIVER_TYPE_NULL;                //驱动类型
 10 D3D_FEATURE_LEVEL g_featureLevel = D3D_FEATURE_LEVEL_11_0;            //特征等级    
 11 ID3D11Device *g_pd3dDevice = NULL;                                    //设备
 12 ID3D11DeviceContext *g_pImmediateContext = NULL;                    //设备上下文
 13 IDXGISwapChain *g_pSwapChain = NULL;                                //交换链
 14 ID3D11RenderTargetView *g_pRenderTargetView = NULL;                    //要创建的视图
 15 
 16 
 17 HRESULT InitWindow(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow);
 18 HRESULT InitDevice();
 19 void CleanupDevice();
 20 LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);
 21 void Render();
 22 
 23 int WINAPI wWinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPWSTR lpCmdLine, int nShowCmd)
 24 {
 25     if (FAILED(InitWindow(hInstance, nShowCmd)))
 26         return 0;
 27     if (FAILED(InitDevice()))
 28     {
 29         CleanupDevice();
 30         return 0;
 31     }
 32     MSG msg;
 33     ZeroMemory(&msg, sizeof(MSG));
 34     while (msg.message != WM_QUIT)
 35     {
 36         if (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0,PM_REMOVE))
 37         {
 38             TranslateMessage(&msg);
 39             DispatchMessage(&msg);
 40         }
 41         else//渲染
 42         {
 43             Render();
 44         }
 45     }
 46     CleanupDevice();
 47     return static_cast<int>(msg.wParam);
 48 }
 49 
 50 HRESULT InitWindow(HINSTANCE hInstance, int nCmdShow)
 51 {
 52     WNDCLASSEX wcex;
 53     wcex.cbClsExtra = 0;
 54     wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
 55     wcex.cbWndExtra = 0;
 56     wcex.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(BLACK_BRUSH);
 57     wcex.hCursor = LoadCursor(NULL,IDC_ARROW);
 58     wcex.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_WINLOGO);
 59     wcex.hIconSm = wcex.hIcon;
 60     wcex.hInstance = hInstance;
 61     wcex.lpfnWndProc = WndProc;
 62     wcex.lpszClassName = g_name;
 63     wcex.lpszMenuName = NULL;
 64     wcex.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
 65     if (!RegisterClassEx(&wcex))
 66         return E_FAIL;
 67 
 68     g_hInstance = hInstance;
 69     RECT rc{0,0,640,480};
 70     AdjustWindowRect(&rc, WS_OVERLAPPEDWINDOW, FALSE);
 71     g_hWnd = CreateWindowEx(WS_EX_APPWINDOW, g_name, g_name, WS_OVERLAPPEDWINDOW, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT,
 72         rc.right - rc.left, rc.bottom - rc.top, NULL, NULL, g_hInstance, NULL);
 73     if (!g_hWnd)
 74         return E_FAIL;
 75 
 76     ShowWindow(g_hWnd, nCmdShow);
 77 
 78     return S_OK;
 79 }
 80 
 81 LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wPararm, LPARAM lParam)
 82 {
 83     switch (message)
 84     {
 85     case WM_DESTROY:
 86         PostQuitMessage(0);
 87         break;
 88     default:
 89         return DefWindowProc(hWnd, message, wPararm, lParam);
 90     }
 91     return 0;
 92 }
 93 
 94 //创建设备及交换链
 95 HRESULT InitDevice()
 96 {
 97     HRESULT hResult = S_OK;//返回结果
 98 
 99     RECT rc;
100     GetClientRect(g_hWnd, &rc);//获取窗口客户区大小
101     UINT width = rc.right - rc.left;
102     UINT height = rc.bottom - rc.top;
103 
104     UINT createDeviceFlags = 0;
105 #ifdef _DEBUG
106     createDeviceFlags |= D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG;
107 #endif
108 
109     //驱动类型数组
110     D3D_DRIVER_TYPE driverTypes[] = 
111     {
112         D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
113         D3D_DRIVER_TYPE_WARP,
114         D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE
115     };
116     UINT numDriverTypes = ARRAYSIZE(driverTypes);
117 
118     //特征级别数组
119     D3D_FEATURE_LEVEL featureLevels[] =
120     {
121         D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,
122         D3D_FEATURE_LEVEL_10_1,
123         D3D_FEATURE_LEVEL_10_0
124     };
125     UINT numFeatureLevels = ARRAYSIZE(featureLevels);
126 
127     //交换链
128     DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
129     ZeroMemory(&sd, sizeof(DXGI_SWAP_CHAIN_DESC));//填充
130     sd.BufferCount = 1;                              //我们只创建一个后缓冲（双缓冲）因此为1
131     sd.BufferDesc.Width = width;
132     sd.BufferDesc.Height = height;
133     sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM;
134     sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
135     sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
136     sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
137     sd.OutputWindow = g_hWnd;
138     sd.SampleDesc.Count = 1;                      //1重采样
139     sd.SampleDesc.Quality = 0;                      //采样等级
140     sd.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;      //常用参数
141     sd.Windowed = TRUE;                              //全屏
142 
143     for (UINT driverTypeIndex = 0; driverTypeIndex < numDriverTypes; ++driverTypeIndex)
144     {
145         g_driverType = driverTypes[driverTypeIndex];
146         hResult = D3D11CreateDeviceAndSwapChain(
147             NULL,                                //默认图形适配器
148             g_driverType,                        //驱动类型
149             NULL,                                //实现软件渲染设备的动态库句柄，如果使用的驱动设备类型是软件设备则不能为NULL
150             createDeviceFlags,                    //创建标志，0用于游戏发布，一般D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG允许我们创建可供调试的设备，在开发中比较有用
151             featureLevels,                        //特征等级
152             numFeatureLevels,                    //特征等级数量
153             D3D11_SDK_VERSION,                    //sdk版本号
154             &sd,
155             &g_pSwapChain,
156             &g_pd3dDevice,
157             &g_featureLevel,
158             &g_pImmediateContext
159             );
160         if (SUCCEEDED(hResult))
161             break;
162     }
163     if (FAILED(hResult))
164         return hResult;
165 
166     //创建渲染目标视图
167     ID3D11Texture2D *pBackBuffer = NULL;
168     //获取后缓冲区地址
169     hResult = g_pSwapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&pBackBuffer);
170     if (FAILED(hResult))
171         return hResult;
172 
173     //创建目标视图
174     hResult = g_pd3dDevice->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, NULL, &g_pRenderTargetView);
175     //释放后缓冲
176     pBackBuffer->Release();
177     if (FAILED(hResult))
178         return hResult;
179 
180     //绑定到渲染管线
181     g_pImmediateContext->OMSetRenderTargets(1, &g_pRenderTargetView, NULL);
182 
183     //设置viewport
184     D3D11_VIEWPORT vp;
185     vp.Height = (FLOAT)height;
186     vp.Width = (FLOAT)width;
187     vp.MinDepth = 0.0f;
188     vp.MaxDepth = 1.0f;
189     vp.TopLeftX = 0;
190     vp.TopLeftY = 0;
191     g_pImmediateContext->RSSetViewports(1, &vp);
192 
193     return S_OK;
194 }
195 
196 void Render()
197 {
198     float ClearColor[4] = { 0.5f, 0.1f, 0.2f, 1.0f }; //red,green,blue,alpha
199     g_pImmediateContext->ClearRenderTargetView(g_pRenderTargetView, ClearColor);
200     g_pSwapChain->Present(0, 0);
201 }
202 
203 void CleanupDevice()
204 {
205     if (g_pImmediateContext)
206         g_pImmediateContext->ClearState();
207     if (g_pSwapChain)
208         g_pSwapChain->Release();
209     if (g_pRenderTargetView)
210         g_pRenderTargetView->Release();
211     if (g_pImmediateContext)
212         g_pImmediateContext->Release();
213     if (g_pd3dDevice)
214         g_pd3dDevice->Release();
215 }

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