《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记7——四大变换
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记7——四大变换相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
第13章 四大变换
在Direct3D中，如果为进行任何空间坐标变换而直接绘图的话，图形将始终处于应用程序窗口的中心位置，默认这个位置就成为世界坐标系的原点(0,0,0)。而且我们也不能改变观察图形的视角方向。默认情况下的观察方向是世界坐标系的z轴正向方向。
- 世界变换运算是为了能在世界空间中的指定位置来绘制图形
- 取景变换运算是为了以不同的视角观察图形
- 投影变换为了将相对较远的图形投影到同一个平面上并体现出“近大远小”的真实视觉效果
- 视口变换是为了控制显示图形的窗口大小，比例等信息
1. 世界变换
世界变换将物体模型从自身局部坐标系中转换到世界坐标系中，并将所有的物体模型组织为一个场景。如：
简而言之就是总物体自己独特的局部坐标系变换到世界坐标系中。世界变换包括平移，旋转和缩放变换，可以通过D3DXMatrixTranslation，D3DXMatrixRotation* 和 D3DXMatrixSaling函数来进行变换，并得到一个世界变换矩阵。调用这些函数将我们的矩阵调整好后，接着调用IDirect3DDevice9接口的SetTramsform方法来运用世界变换矩阵，表示认定某某矩阵就是我们的世界变换矩阵了。
SetTransform函数：
HRESULT SetTransform( [in] D3DTRANSFORMSTATETYPE State, [in] const D3DMATRIX *pMatrix );
第一个参数是D3DTRANSFORMSTATETYPE枚举类型的State，表示变换的类型。第二个参数是一个有实实在在内容的矩阵。
矩阵的平移：
使用D3DXMatrixTranslation函数：
D3DXMATRIX* D3DXMatrixTranslation( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, //D3DXMATRIX类型的4x4的矩阵，实际上这个方法就是在为这个矩阵赋值 _In_ FLOAT x, //X轴的平移量 _In_ FLOAT y, //Y _In_ FLOAT z //Z );
用于创造一个相对于原点（0，0，0）有偏移量的矩阵出来。比如要沿着Z轴的正方向平移10个单位，就需要按下面的代码来设置平移矩阵：
D3DXMATRIX mTrans; D3DXMatrixTranslation(&mTrans, 0, 0, 10);
然后把需要进行平移操作的矩阵，乘以这个创建好的mTrans矩阵，就完成了平移操作。比如我们有一个mMatrix矩阵，我们需要这个矩阵沿Z轴正方向平移10个单位，就让mTrans和mMtrix相乘就可以了。其中相乘操作通过D3DXMatrixMultiply来完成
D3DXMATRIX* D3DXMatrixMultiply( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, _In_ const D3DXMATRIX *pM1, _In_ const D3DXMATRIX *pM2 );
所以，如果要把mMtrix矩阵向Z轴正方向平移10个单位，就是如下的代码：
D3DXMATRIX mTrans; D3DXMatrixTranslation(&mTrans, 0, 0, 10); D3DMatrixMultiply(&mMtrix,&mMtrix,&&mTrans);
因为Direct3D对矩阵乘法进行了重载，所以矩阵的乘法直接用乘号 * 也可以。
矩阵的旋转：
和平移类似，也是先用一个函数创建好用于旋转的一个中间矩阵，然后让我们需要旋转的那个矩阵右乘这个中建矩阵就行了。旋转中间矩阵的创建用的是d9dx9.lib库中的D3DXMatrixRotationX、D3DXMatrixRotationY和D3DXMatrixRotationZ。
D3DXMATRIX* D3DXMatrixRotationX( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, _In_ FLOAT Angle );
D3DXMATRIX* D3DXMatrixRotationY( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, _In_ FLOAT Angle );
D3DXMATRIX* D3DXMatrixRotationZ( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, _In_ FLOAT Angle );
如果我们值只对某个物体在世界坐标系中进行旋转操作的话，可以把D3DXMatrixRotationX系列函数创造出来的中间矩阵作为我们的世界矩阵：
D3DXMATRIX mTrans; float fAngle=90*(2.0f*D3DX_PI)/360.0f; //取弧度值 D3DXMatrixRotationY(&mTrans, 0, fAngle); g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORD, &mTrans);
矩阵的缩放：
还是一样的，用函数创建好用于缩放的一个中间矩阵，然后右乘即可。用的函数是D3DXMatrixScaling：
D3DXMATRIX* D3DXMatrixScaling( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, _In_ FLOAT sx, _In_ FLOAT sy, _In_ FLOAT sz );
第二个到第四个参数是浮点型X，Y，Z轴上的缩放比例。比如要将一个物体在Z轴上放大5倍：
D3DXMATRIX mTrans; D3DXMatrixScaling(&mTrans, 1.0f, 1.0f, 5.0f); g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORD, &mTrans);
另外就是单位化矩阵的函数，即D3DXMatrixIdentity函数：
D3DMATRIX matWorld;
D3DXMatrixIdentity(&matWorld);
2. 取景变换
用来设置Direct3D中的虚拟摄像机的位置和观察点。
为了确定一个虚拟摄像机的位置和观察方向，需要指定虚拟摄像机在世界坐标系中的位置，观察点位置以及正方向，为了能够进行取景变换，首先需要通过D3DX库中的D3DXMatrixLookAtH函数计算并得到一个取景变换矩阵，然后同样调用IDirect3DDevice的setTransform方法应用取景变换。
D3DXMatrixLookAtLH 函数：
D3DXMATRIX* D3DXMatrixLookAtLH( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, //最终生成的观察矩阵 _In_ const D3DXVECTOR3 *pEye, //指定虚拟摄像机在世界坐标系中的位置 _In_ const D3DXVECTOR3 *pAt, //观察点在世界坐标系中的位置 _In_ const D3DXVECTOR3 *pUp //摄像机的上向量，通常取为(0,1,0)就可以了 );
一个使用例子：
3. 投影变换
经过上一部的取景变换后，物体的模型就位于观察坐标系中了。为了将三维场景显示在二维的显示平面(因为显示屏是二维的)上，还需要通过投影变换将三维物体投影到二维平面上，这个过程叫做透视投影或投影变换。
投影窗口是个二维平面，用于描述三维物体的模型经过透视投影后的二维图像，在Direct3D中投影窗口平面默认定义为z=1的平面。虚拟摄像机与投影窗口平面共同构成了一个对观察者可见的三维空间。在3D图形学中这部分空间被称为视截体，位于视截体内的物体模型被映射到二维投影平面上，而位于视截体外的物体模型或者其中一部分将不可见，这个过程称为裁剪。
投影变换负责将位于视截体内的物体模型映射到投影窗口中。D3DX库中的D3DXMatrixPerspectiveFovLH函数可以用来计算一个视截体，并根据该视截体的描述信息创建一个投影矩阵变换。D3DXMatrixPerspectiveFovLH函数：
D3DXMATRIX* D3DXMatrixPerspectiveFovLH( _Inout_ D3DXMATRIX *pOut, //最终生成的投影矩阵 _In_ FLOAT fovy, //指定以弧度为单位的虚拟摄像机在y轴上的成像角度，即视域角度，成像角度越大，映射到投影窗口中的图形就越小；反之，越大 _In_ FLOAT Aspect, //屏幕显示区的纵横比 _In_ FLOAT zn, //视截体中近裁剪面距摄像机的位置 _In_ FLOAT zf //视截体中远裁剪面距射线机的距离 );
一个调用实例：
4. 视口变换
视口变换用于将投影窗口中的图形转换到显示屏幕的程序窗口中：
在Direct3D中，视口由D3DVIEWPORT9结构体来藐视：
typedef struct D3DVIEWPORT9 { DWORD X; //视口相对于窗口的X坐标 DWORD Y; //------------的Y坐标 DWORD Width; //视口的宽度 DWORD Height; //高度 float MinZ; //视口在深度缓存中的最小深度值 float MaxZ; //最大深度值 } D3DVIEWPORT9, *LPD3DVIEWPORT9;
国际惯例，来个综合的示例程序：
1 #include <d3d9.h> 2 #include <d3dx9.h> 3 #include <tchar.h> 4 5 //-----------------------------------【库文件包含部分】--------------------------------------- 6 #pragma comment(lib,"d3d9.lib") 7 #pragma comment(lib,"d3dx9.lib") 8 9 //-----------------------------------【宏定义部分】-------------------------------------------- 10 #define WINDOW_WIDTH 800 //为窗口宽度定义的宏，以方便在此处修改窗口宽度 11 #define WINDOW_HEIGHT 600 //为窗口高度定义的宏，以方便在此处修改窗口高度 12 #define WINDOW_TITLE L"【致我们永不熄灭的游戏开发梦想】迈向三维世界：Direct3D四大变换 示例程序" //为窗口标题定义的宏 13 #define SAFE_RELEASE(p) { if(p) { (p)->Release(); (p)=NULL; } } //定义一个安全释放宏，便于后面COM接口指针的释放 14 15 16 //------------------------------------------------------------------------------------------------ 17 // 【顶点缓存使用四步曲之一】：设计顶点格式 18 //------------------------------------------------------------------------------------------------ 19 struct CUSTOMVERTEX 20 { 21 FLOAT x, y, z; 22 DWORD color; 23 }; 24 #define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ|D3DFVF_DIFFUSE) //FVF灵活顶点格式 25 26 //-----------------------------------【全局变量声明部分】------------------------------------- 27 LPDIRECT3DDEVICE9 g_pd3dDevice = NULL; //Direct3D设备对象 28 ID3DXFont* g_pFont=NULL; //字体COM接口 29 float g_FPS = 0.0f; //一个浮点型的变量，代表帧速率 30 wchar_t g_strFPS[50]; //包含帧速率的字符数组 31 LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 g_pVertexBuffer = NULL; //顶点缓冲区对象 32 LPDIRECT3DINDEXBUFFER9 g_pIndexBuffer = NULL; // 索引缓存对象 33 34 35 //-----------------------------------【全局函数声明部分】------------------------------------- 36 LRESULT CALLBACK WndProc( HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam );//窗口过程函数 37 HRESULT Direct3D_Init(HWND hwnd); //在这个函数中进行Direct3D的初始化 38 HRESULT Objects_Init(HWND hwnd); //在这个函数中进行要绘制的物体的资源初始化 39 VOID Direct3D_Render(HWND hwnd); //在这个函数中进行Direct3D渲染代码的书写 40 VOID Direct3D_CleanUp( ); //在这个函数中清理COM资源以及其他资源 41 float Get_FPS(); //计算帧数的函数 42 VOID Matrix_Set(); //封装了四大变换的函数 43 44 //-----------------------------------【WinMain( )函数】-------------------------------------- 45 // 描述：Windows应用程序的入口函数，我们的程序从这里开始 46 //------------------------------------------------------------------------------------------------ 47 int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance,LPSTR lpCmdLine, int nShowCmd) 48 { 49 //【1】窗口创建四步曲之一：开始设计一个完整的窗口类 50 WNDCLASSEX wndClass = { 0 }; //用WINDCLASSEX定义了一个窗口类 51 wndClass.cbSize = sizeof( WNDCLASSEX ) ; //设置结构体的字节数大小 52 wndClass.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW; //设置窗口的样式 53 wndClass.lpfnWndProc = WndProc; //设置指向窗口过程函数的指针 54 wndClass.cbClsExtra = 0; //窗口类的附加内存，取0就可以了 55 wndClass.cbWndExtra = 0; //窗口的附加内存，依然取0就行了 56 wndClass.hInstance = hInstance; //指定包含窗口过程的程序的实例句柄。 57 wndClass.hIcon=(HICON)::LoadImage(NULL,L"icon.ico",IMAGE_ICON,0,0,LR_DEFAULTSIZE|LR_LOADFROMFILE); //本地加载自定义ico图标 58 wndClass.hCursor = LoadCursor( NULL, IDC_ARROW ); //指定窗口类的光标句柄。 59 wndClass.hbrBackground=(HBRUSH)GetStockObject(GRAY_BRUSH); //为hbrBackground成员指定一个白色画刷句柄 60 wndClass.lpszMenuName = NULL; //用一个以空终止的字符串，指定菜单资源的名字。 61 wndClass.lpszClassName = L"ForTheDreamOfGameDevelop"; //用一个以空终止的字符串，指定窗口类的名字。 62 63 //【2】窗口创建四步曲之二：注册窗口类 64 if( !RegisterClassEx( &wndClass ) ) //设计完窗口后，需要对窗口类进行注册，这样才能创建该类型的窗口 65 return -1; 66 67 //【3】窗口创建四步曲之三：正式创建窗口 68 HWND hwnd = CreateWindow( L"ForTheDreamOfGameDevelop",WINDOW_TITLE, //喜闻乐见的创建窗口函数CreateWindow 69 WS_OVERLAPPEDWINDOW, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, WINDOW_WIDTH, 70 WINDOW_HEIGHT, NULL, NULL, hInstance, NULL ); 71 72 //Direct3D资源的初始化，调用失败用messagebox予以显示 73 if (!(S_OK==Direct3D_Init (hwnd))) 74 { 75 MessageBox(hwnd, _T("Direct3D初始化失败~！"), _T("浅墨的消息窗口"), 0); //使用MessageBox函数，创建一个消息窗口 76 } 77 78 //【4】窗口创建四步曲之四：窗口的移动、显示与更新 79 MoveWindow(hwnd,250,80,WINDOW_WIDTH,WINDOW_HEIGHT,true); //调整窗口显示时的位置，使窗口左上角位于（250,80）处 80 ShowWindow( hwnd, nShowCmd ); //调用ShowWindow函数来显示窗口 81 UpdateWindow(hwnd); //对窗口进行更新，就像我们买了新房子要装修一样 82 83 //【5】消息循环过程 84 MSG msg = { 0 }; //初始化msg 85 while( msg.message != WM_QUIT ) //使用while循环 86 { 87 if( PeekMessage( &msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE ) ) //查看应用程序消息队列，有消息时将队列中的消息派发出去。 88 { 89 TranslateMessage( &msg ); //将虚拟键消息转换为字符消息 90 DispatchMessage( &msg ); //该函数分发一个消息给窗口程序。 91 } 92 else 93 { 94 Direct3D_Render(hwnd); //进行渲染 95 } 96 } 97 //【6】窗口类的注销 98 UnregisterClass(L"ForTheDreamOfGameDevelop", wndClass.hInstance); //程序准备结束，注销窗口类 99 return 0; 100 } 101 102 //-----------------------------------【WndProc( )函数】-------------------------------------- 103 // 描述：窗口过程函数WndProc,对窗口消息进行处理 104 //------------------------------------------------------------------------------------------------ 105 LRESULT CALLBACK WndProc( HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam ) 106 { 107 switch( message ) //switch语句开始 108 { 109 case WM_PAINT: // 若是客户区重绘消息 110 Direct3D_Render(hwnd); //调用Direct3D渲染函数 111 ValidateRect(hwnd, NULL); // 更新客户区的显示 112 break; //跳出该switch语句 113 114 case WM_KEYDOWN: // 若是键盘按下消息 115 if (wParam == VK_ESCAPE) // 如果被按下的键是ESC 116 DestroyWindow(hwnd); // 销毁窗口, 并发送一条WM_DESTROY消息 117 break; //跳出该switch语句 118 119 case WM_DESTROY: //若是窗口销毁消息 120 Direct3D_CleanUp(); //调用自定义的资源清理函数Game_CleanUp（）进行退出前的资源清理 121 PostQuitMessage( 0 ); //向系统表明有个线程有终止请求。用来响应WM_DESTROY消息 122 break; //跳出该switch语句 123 124 default: //若上述case条件都不符合，则执行该default语句 125 return DefWindowProc( hwnd, message, wParam, lParam ); //调用缺省的窗口过程 126 } 127 128 return 0; //正常退出 129 } 130 131 //-----------------------------------【Direct3D_Init( )函数】-------------------------------------- 132 // 描述：Direct3D初始化函数，进行Direct3D的初始化 133 //------------------------------------------------------------------------------------------------ 134 HRESULT Direct3D_Init(HWND hwnd) 135 { 136 //-------------------------------------------------------------------------------------- 137 // 【Direct3D初始化四步曲之一，创接口】：创建Direct3D接口对象, 以便用该Direct3D对象创建Direct3D设备对象 138 //-------------------------------------------------------------------------------------- 139 LPDIRECT3D9 pD3D = NULL; //Direct3D接口对象的创建 140 if( NULL == ( pD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) ) ) //初始化Direct3D接口对象，并进行DirectX版本协商 141 return E_FAIL; 142 143 //-------------------------------------------------------------------------------------- 144 // 【Direct3D初始化四步曲之二,取信息】：获取硬件设备信息 145 //-------------------------------------------------------------------------------------- 146 D3DCAPS9 caps; int vp = 0; 147 if( FAILED( pD3D->GetDeviceCaps( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, &caps ) ) ) 148 { 149 return E_FAIL; 150 } 151 if( caps.DevCaps & D3DDEVCAPS_HWTRANSFORMANDLIGHT ) 152 vp = D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING; //支持硬件顶点运算，我们就采用硬件顶点运算，妥妥的 153 else 154 vp = D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING; //不支持硬件顶点运算，无奈只好采用软件顶点运算 155 156 //-------------------------------------------------------------------------------------- 157 // 【Direct3D初始化四步曲之三，填内容】：填充D3DPRESENT_PARAMETERS结构体 158 //-------------------------------------------------------------------------------------- 159 D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp; 160 ZeroMemory(&d3dpp, sizeof(d3dpp)); 161 d3dpp.BackBufferWidth = WINDOW_WIDTH; 162 d3dpp.BackBufferHeight = WINDOW_HEIGHT; 163 d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_A8R8G8B8; 164 d3dpp.BackBufferCount = 1; 165 d3dpp.MultiSampleType = D3DMULTISAMPLE_NONE; 166 d3dpp.MultiSampleQuality = 0; 167 d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD; 168 d3dpp.hDeviceWindow = hwnd; 169 d3dpp.Windowed = true; 170 d3dpp.EnableAutoDepthStencil = true; 171 d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D24S8; 172 d3dpp.Flags = 0; 173 d3dpp.FullScreen_RefreshRateInHz = 0; 174 d3dpp.PresentationInterval = D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE; 175 176 //-------------------------------------------------------------------------------------- 177 // 【Direct3D初始化四步曲之四，创设备】：创建Direct3D设备接口 178 //-------------------------------------------------------------------------------------- 179 if(FAILED(pD3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, 180 hwnd, vp, &d3dpp, &g_pd3dDevice))) 181 return E_FAIL; 182 183 SAFE_RELEASE(pD3D) //LPDIRECT3D9接口对象的使命完成，我们将其释放掉 184 185 if(!(S_OK==Objects_Init(hwnd))) return E_FAIL; //调用一次Objects_Init，进行渲染资源的初始化 186 187 // 设置渲染状态 188 g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE); //关闭光照 189 g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW); //开启背面消隐 190 191 return S_OK; 192 } 193 194 //-----------------------------------【Object_Init( )函数】-------------------------------------- 195 // 描述：渲染资源初始化函数，在此函数中进行要被渲染的物体的资源的初始化 196 //-------------------------------------------------------------------------------------------------- 197 HRESULT Objects_Init(HWND hwnd) 198 { 199 //创建字体 200 if(FAILED(D3DXCreateFont(g_pd3dDevice, 36, 0, 0, 1, false, DEFAULT_CHARSET, 201 OUT_DEFAULT_PRECIS, DEFAULT_QUALITY, 0, _T("微软雅黑"), &g_pFont))) 202 return E_FAIL; 203 srand(timeGetTime()); //用系统时间初始化随机种子 204 205 //-------------------------------------------------------------------------------------- 206 // 【顶点缓存、索引缓存绘图四步曲之二】：创建顶点缓存和索引缓存 207 //-------------------------------------------------------------------------------------- 208 //创建顶点缓存 209 if( FAILED( g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer( 8*sizeof(CUSTOMVERTEX), 210 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX, 211 D3DPOOL_DEFAULT, &g_pVertexBuffer, NULL ) ) ) 212 { 213 return E_FAIL; 214 } 215 // 创建索引缓存 216 if( FAILED( g_pd3dDevice->CreateIndexBuffer(36* sizeof(WORD), 0, 217 D3DFMT_INDEX16, D3DPOOL_DEFAULT, &g_pIndexBuffer, NULL)) ) 218 { 219 return E_FAIL; 220 221 } 222 //-------------------------------------------------------------------------------------- 223 // 【顶点缓存、索引缓存绘图四步曲之三】：访问顶点缓存和索引缓存 224 //-------------------------------------------------------------------------------------- 225 //顶点数据的设置， 226 CUSTOMVERTEX Vertices[] = 227 { 228 { -20.0f, 20.0f, -20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 229 { -20.0f, 20.0f, 20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 230 { 20.0f, 20.0f, 20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 231 { 20.0f, 20.0f, -20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 232 { -20.0f, -20.0f, -20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 233 { -20.0f, -20.0f, 20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 234 { 20.0f, -20.0f, 20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 235 { 20.0f, -20.0f, -20.0f, D3DCOLOR_XRGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256) }, 236 237 }; 238 239 //填充顶点缓存 240 VOID* pVertices; 241 if( FAILED( g_pVertexBuffer->Lock( 0, sizeof(Vertices), (void**)&pVertices, 0 ) ) ) 242 return E_FAIL; 243 memcpy( pVertices, Vertices, sizeof(Vertices) ); 244 g_pVertexBuffer->Unlock(); 245 246 // 填充索引数据 247 WORD *pIndices = NULL; 248 g_pIndexBuffer->Lock(0, 0, (void**)&pIndices, 0); 249 250 // 顶面 251 pIndices[0] = 0, pIndices[1] = 1, pIndices[2] = 2; 252 pIndices[3] = 0, pIndices[4] = 2, pIndices[5] = 3; 253 《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记7——DirectInput&纹理映射《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记7——四大变换
《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记8——光照与材质
《逐梦旅程 WINDOWS游戏编程之从零开始》笔记5——Direct3D编程基础