2016-07-03

DirectX 3D学习笔记01——环境搭建与窗口创建

Intro

本系列笔记不只是通过DirectX 3D实现一些简单的功能，而是通过对DirectX 3D接口的封装，一步步完善一个简单的图形库LibDX。旨在可以通过该库快速的创建一个图形渲染程序。

本文介绍了如何搭建DirectX开发环境，并使用DirectX 3D绘制了一个简单窗口。

环境搭建

DirectX是Microsoft开的一套功能丰富的底层API，功能包括2D/3D图形加速支持、各种输入设备控制、声音和音乐输出的混音和采样、多玩家网络游戏控制等等。而Direct 3D是其一个十分核心的子集，负责图形的绘制及渲染。

使用DirectX开发需要DirectX SDK环境,首先下载DirectX SDK并安装。

DirectX SDK下载地址

我安装在 C:\Program Files (x86)\Microsoft DirectX SDK (June 2010)
以下遇到与DirectX SDK安装路径相关的配置请按照本地安装路径进行相应修改

开发工具为Visual Studio 2015。

创建工程

在学习DirectX 3D(以下简称D3DX)过程中，我们会使用D3DX一步步完善一个简单的图形库LibDX。LibDX中对D3DX的底层接口进行了封装，用于快速的创建图形渲染程序。

使用VS2015创建一个新的解决方案，并在其中创建两个VC++空项目LibDX、Lesson01-createWindow

配置解决方案

设置Lesson01-createWindow依赖于LibDX，并将前者设为启动项目

配置LibDX

常规/配置类型 => 静态库(.lib)

C:\Program Files (x86)\Microsoft DirectX SDK (June 2010)\Include

配置Lesson01-createWindow

$(SolutionDir)
C:\Program Files (x86)\Microsoft DirectX SDK (June 2010)\Include

$(OutDir)
C:\Program Files (x86)\Microsoft DirectX SDK (June 2010)\Lib

链接器/输入/附加依赖项 添加

LibDX.lib
d3d9.lib
d3dx9d.lib
winmm.lib

绘制窗口

在LibDX中创建以下文件

日志

log.h中定义了Message和Console两个方法，用于输出提示信息，调用方法与printf相同。这两个函数的区别在于前者通过弹窗提示，会使程序阻塞，主要用于程序报错；后者在控制台输出，不会阻塞程序，主要用于调试（win32程序不能直接在VS中输出信息，需要单独创建一个控制台进行输出）。

log.h

#pragma once

namespace dx {
    // 通过弹窗提示
    void Message(const char *fmt, ...);
    // 打印在控制台提示
    void Console(const char *fmt, ...);
}

log.cpp

#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>

#include "log.h"

using namespace dx;

void dx::Message(const char *fmt, ...) {
    char buf[4096];

    va_list args;
    va_start(args, fmt);
    int n = vsnprintf(buf, 4096, fmt, args);
    buf[n] = 0;
    va_end(args);
    // 调用Win32的MessageBox弹窗提示
    ::MessageBoxA(0, buf, 0, 0);
}

void dx::Console(const char*fmt, ...) {
    char buf[4096];

    va_list args;
    va_start(args, fmt);
    int n = vsnprintf(buf, 4096, fmt, args);
    buf[n] = 0;
    va_end(args);

    // 打开控制台，输出调试信息
    AllocConsole();
    FILE *stream = NULL;
    freopen_s(&stream, "CONOUT$", "w", stdout);
    printf("%s\n", buf);
}

DxWindow类

DxWindows类对整个窗口的生命周期进行了封装，主要成员函数如下

函数	功能
DxWindow(…)	构造方法，传入窗口参数
bool Initialize()	初始化窗口资源，创建窗口
void Release()	销毁窗口资源
void Run()	进入窗口事件循环
void Present()	使用Direct3D在窗口中绘制

此外，在类的外面定义了一个WndProc()函数，作为窗口过程的回调函数，处理各种窗口事件。

dxwindow.h

#pragma once
#include <d3dx9.h>
#include <d3d.h>
#include <string>

namespace dx {
    class DxWindow {
    public:
        DxWindow(HINSTANCE instance, std::string tiltle, 
            int width, int height, bool windowed);
        bool Initialize();
        void Release();
        void Run();
        
    protected:
        void Present();

        HWND m_hwnd;                // 窗口句柄
        HINSTANCE m_hInstance;      // 实例句柄
        LPDIRECT3D9 m_pD3D9;        // Direct3D接口对象
        LPDIRECT3DDEVICE9 m_pDevice;// Direct3D设备对象

        std::string m_strTitle;     // 窗口标题
        int m_iWidth;               // 窗口宽
        int m_iHeight;              // 窗口长
        int m_bWindowed;            // 是否窗口化显示
    };

    LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
}

构造函数

构造函数没有什么可说的，主要就是对DxWindow的成员变量进行初始化，各成员变量的含义可见上面头文件中的注释。

DxWindow::DxWindow(HINSTANCE instance, std::string title, int width, int height, bool windowed) 
    : m_hwnd(NULL),
    m_pD3D9(NULL),
    m_pDevice(NULL),
    m_hInstance(instance),
    m_strTitle(title),
    m_iWidth(width),
    m_iHeight(height),
    m_bWindowed(windowed)
    {
}

初始化

初始化窗口的函数比较长，过程主要分为以下几步

填充Win32窗口参数
注册、创建、显示Win32窗口
初始化D3DX接口指针
读取显卡信息
填充D3DX绘制参数
创建D3DX设备指针

我们不关注Win32窗口的相关函数，接下来主要介绍和D3DX有关的过程。

bool DxWindow::Initialize() {
    // 初始化窗口
    WNDCLASSEX wc;
    wc.style         = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    wc.lpfnWndProc   = dx::WndProc;
    wc.cbSize        = sizeof(WNDCLASSEX);
    wc.cbClsExtra    = 0;
    wc.cbWndExtra    = 0;
    wc.hInstance     = m_hInstance;
    wc.hIcon         = LoadIcon(m_hInstance, IDI_APPLICATION);
    wc.hIconSm       = LoadIcon(m_hInstance, IDI_APPLICATION);
    wc.hCursor       = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
    wc.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(BLACK_BRUSH);
    wc.lpszMenuName  = NULL;
    wc.lpszClassName = m_strTitle.c_str();

    // 注册窗口
    if (!RegisterClassEx(&wc)) {
        Message("RegisterClassEx Failed!");
        return false;
    }

    // 创建窗口
    m_hwnd = CreateWindowEx(NULL, m_strTitle.c_str(), m_strTitle.c_str(), WS_OVERLAPPEDWINDOW | WS_VISIBLE,
        0, 0, m_iWidth, m_iHeight, 0, 0, m_hInstance, 0);
    if (!m_hwnd) {
        Message("CreateWindowEx Failed!");
        Release();
        return false;
    }

    // 显示并更新窗口
    ShowWindow(m_hwnd, SW_SHOW);
    UpdateWindow(m_hwnd);

    // 初始化Dierte3D指针
    if (NULL == (m_pD3D9 = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION))) {
        Message("Direct3DCreate9 Failed!");
        Release();
        return false;
    }

    // 判断显卡是否支持硬件定点处理
    D3DCAPS9 caps;
    DWORD vp = 0;
    if (FAILED(m_pD3D9->GetDeviceCaps(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, &caps))) {
        Message("GetDeviceCaps Failed!");
        Release();
        return false;
    }
    if (caps.VertexProcessingCaps) {
        vp = D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING;
    } else {
        vp = D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING;
    }

    // 填充DXD3的绘制参数
    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
    ZeroMemory(&d3dpp, sizeof(d3dpp));
    d3dpp.BackBufferWidth            = m_iWidth;
    d3dpp.BackBufferHeight           = m_iHeight;
    d3dpp.BackBufferFormat           = D3DFMT_A8R8G8B8;
    d3dpp.BackBufferCount            = 1;
    d3dpp.MultiSampleType            = D3DMULTISAMPLE_NONE;
    d3dpp.MultiSampleQuality         = 0;
    d3dpp.SwapEffect                 = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
    d3dpp.hDeviceWindow              = m_hwnd;
    d3dpp.Windowed                   = m_bWindowed;
    d3dpp.EnableAutoDepthStencil     = true;
    d3dpp.AutoDepthStencilFormat     = D3DFMT_D24S8;
    d3dpp.Flags                      = 0;
    d3dpp.FullScreen_RefreshRateInHz = D3DPRESENT_RATE_DEFAULT;
    d3dpp.PresentationInterval       = D3DPRESENT_INTERVAL_DEFAULT;

    // 创建Dierect3D设备对象
    if (FAILED(m_pD3D9->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, m_hwnd,
        vp, &d3dpp, &m_pDevice))) {
        Message("CreateDevice Failed!");
        Release();
        return false;
    }
    return true;
}

读取设备信息

GetDeviceCaps用于获得设备的一些特定信息,函数的原型如下，其中Adapter指的是显卡设备，一般使用D3DADAPTER_DEFAULT，而D3DDEVTYPE是一个枚举类型，指定了D3DX的渲染方式，常用的选项有D3DDEVTYPE_HAL(硬件渲染)、D3DDEVTYPE_REF(软件渲染)，其中软件渲染比硬件渲染慢，但可以模拟一些本机硬件不支持的特性。

HRESULT GetDeviceCaps(
  [in]  UINT       Adapter,
  [in]  D3DDEVTYPE DeviceType,
  [out] D3DCAPS9   *pCaps
);

这里主要使用该函数判断硬件是否支持硬件顶点处理，并据此设置变量vp，该变量在之后创建D3DX设备指针中会用到。

填充绘制参数

填充绘制参数主要就是填充D3DPRESENT_PARAMETER结构体，该结构体的成员变量及解释如下

变量名	解释
BackBufferWidth	窗口宽度，窗口模式下可为0，全屏模式通过EnumAdapterModes获得
BackBufferHeight	窗口高度，同上
BackBufferFormat	缓存格式，可通过GetDisplayMode 获得，这里D3DFMT_A8R8G8B8表示alpha,blue,green,red通道各8位
BackBufferCount	后台缓存数量，使用双缓冲技术一边绘制一边显示
MultiSampleType	多采样类型，必须设置为D3DMULTISAMPLE_NONE除非SwapEffect设置为D3DSWAPEFFECT_DISCARD
MultiSampleQuality	多采样质量
SwapEffect	指定缓冲区的交换方式，有Copy和Flip两种方式，而Discard是由程序自动选择
hDeviceWindow	窗口句柄
Windowed	是否窗口化
EnableAutoDepthStencil	是否应用深度缓存
AutoDepthStencilFormat	深度缓存格式
Flags	绘制参数	;
FullScreen_RefreshRateInHz	FPS，窗口模式必须为0，全屏模式通过EnumAdapterModes获得
PresentationInterval	交换链中后台缓存切换到前台缓存的最大速率，详见D3DPRESENT.aspx)

创建设备指针

最后一步就是通过CreateDevice创建设备指针，创建成功后，就可以通过该指针进行绘制了。CreateDevice的函数原型如下。其中BehaviorFlags使用的值就是前面读取设备信息创建的变量vp，其他几个参数很容易理解或已经介绍过，这里就不再赘述。

HRESULT CreateDevice(
  [in]          UINT                  Adapter, 
  [in]          D3DDEVTYPE            DeviceType,
  [in]          HWND                  hFocusWindow,
  [in]          DWORD                 BehaviorFlags,
  [in, out]     D3DPRESENT_PARAMETERS *pPresentationParameters,
  [out, retval] IDirect3DDevice9      **ppReturnedDeviceInterface
);

消息循环

消息循环是Windows编程中比较基础的一个概念，在循环中不断查看是否有事件发生，如果有事件发生就对事件进行处理，否则调用绘制函数进行绘制。
消息循环在收到WM_QUIT消息后退出。

void DxWindow::Run() {
    MSG msg;
    ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));
    while (msg.message != WM_QUIT) {
        if (PeekMessage(&msg, 0, 0, 0, PM_REMOVE)) {
            // 分发事件
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        } else {
            // 调用绘制函数，对窗口进行渲染
            Present();
        }
    }
}

事件响应

事件的回调函数在创建窗口时指定,当前只对用户退出窗口的行为做出了响应。

LRESULT CALLBACK dx::WndProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {
    switch (msg) {
    case WM_CLOSE:
    case WM_DESTROY:
        PostQuitMessage(0);
        break;
    case WM_KEYDOWN:
        if (wParam == VK_ESCAPE) {
            PostQuitMessage(0);
        }
        break;
    default:
        break;
    }
    return DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
}

渲染

在成员函数Present中使用D3DX设备接口对窗口进行渲染。

void DxWindow::Present() {
    if (m_pDevice == NULL) {
        return;
    }
    m_pDevice->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER | D3DCLEAR_STENCIL, D3DCOLOR_XRGB(0, 0, 0xFF), 1.0f, 0L);
    m_pDevice->BeginScene();
    m_pDevice->EndScene();
    m_pDevice->Present(0, 0, 0, 0);
}

首先调用Clear清空后台缓存，Clear的函数原型如下。其中Count指的是第二个参数pRects数组的长度，如果pRects是NULL的话Count必须为0；pRects是需要Clear的区域数组，为NULL时表示清空整个屏幕区域；Flags表示清空的目标，可以包括D3DCLEAR_TARGET(颜色缓存)、D3DCLEAR_STENCIL(模板缓存)、D3DCLEAR_ZBUFFER(深度缓存)，而接下来三个参数则分别指定Clear的颜色、深度与模板值。这里我们将颜色设置为蓝色。

HRESULT Clear(
  [in]       DWORD    Count,
  [in] const D3DRECT  *pRects,
  [in]       DWORD    Flags,
  [in]       D3DCOLOR Color,
  [in]       float    Z,
  [in]       DWORD    Stencil
);

接下来调用Present进行渲染，其函数原型如下。其中除了第三个参外都涉及到交换链，通常指定为NULL即可；第三个参数指的是窗口句柄，设定为NULL时会使用填充绘制参数时设定的窗口句柄。

HRESULT Present(
  [in] const RECT    *pSourceRect,
  [in] const RECT    *pDestRect,
  [in]       HWND    hDestWindowOverride,
  [in] const RGNDATA *pDirtyRegion
);

销毁

释放在初始化过程中申请的资源，包括Win32窗口、D3DX接口指针，D3DX设备指针等。

void DxWindow::Release() {
    if (m_pDevice) {
        m_pDevice->Release();
        m_pDevice = NULL;
    }
    if (m_pD3D9) {
        m_pD3D9->Release();
        m_pD3D9 = NULL;
    }
    if (m_hwnd) {
        DestroyWindow(m_hwnd);
        m_hwnd = NULL;
    }
    UnregisterClass(m_strTitle.c_str(), m_hInstance);
}

运行

在项目Lesson01-createWindow中新建main.cpp文件，并添加以下内容，在WinMain函数中，我们创建了一个DxWindow类，并依次调用了Initialize、Run、Release这几个方法，即完成了一个窗口的初始化到渲染、再到释放的整个过程。

点击运行，即可看到本文开头的运行效果。

#include <Windows.h>
#include <stdio.h>
#include <LibDX/dxwindow.h>

using namespace dx;

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE prevInstance, PSTR cmdline, int showCmd) {
    DxWindow *dw = new DxWindow(hInstance, "Lesson 01-Window", 800, 600, true);
    if (dw->Initialize()) {
        dw->Run();
        dw->Release();
    }
    return 0;
}

本文标题:DirectX 3D学习笔记01——环境搭建与窗口创建

文章作者:Vimer Su

发布时间:2016年07月03日 - 00时05分

最后更新:2016年07月06日 - 14时38分

原始链接:http://vimersu.win/blog/2016/07/03/dx-lesson01-window/

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