Графика DirectX в Delphi - Михаил Краснов

Буфер вершин заполняется данными для трех трехмерных объектов: цилиндра, конуса и чайника:

function TfrmD3D.InitVB : HRESULT;

const

radius =0.1; // Радиус цилиндра

var

Vertices : ^TCustomVertex;

hRet : HRESULT;

theta : Single;

i : Integer;

t : TextFile; // Данные модели хранятся в текстовом файле

wX, wY, wZ : Single;

egin hRet := FD3DDevice.CreateVertexBuffer((100 + 51 * 2 + 6322 * 3) *

SizeOf(TCustomVertex), 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX, D3DPOOL_DEFAULT, FD3DVB);

if Failed(hRet) then begin

Result := hRet;

Exit;

end;

hRet := FDSDDevice.SetStreamSource(0, FD3DVB, SizeOf(TCustomVertex));

if Failed(hRet) then begin

Result := hRet;

Exit;

end;

hRet := FD3DDevice.SetVertexShader(D3DFVF_CUSTOMVERTEX);

if Failed(hRet) then begin

Result := hRet;

Exit; end; hRet := FD3DVB.Lock(0, (100 + 51 * 2 + 6322 * 3)*

SizeOf(TCustomVertex), PByte(Vertices), 0);

if Failed(hRet) then begin

Result := hRet;

Exit;

end;

// 100 вершин цилиндра, по часовой стрелке

for i ;= 49 downto 0 do begin

theta := 2 * Pi * i / 49;

Vertices.X := sin(theta) * radius;

Vertices.Y := -1;

Vertices.Z := cos(theta) * radius;

Vertices.nX := sin(theta);

Vertices.nY := 0;

Vertices.nZ := cos(theta);

Inc(Vertices);

Vertices.X := sin(theta) * radius;

Vertices.Y := 1;

Vertices.Z := cos(theta) * radius;

Vertices.nX := sin(theta);

Vertices.nY := 0;

Vertices.nZ := cos(theta);

Inc(Vertices);

end;

// Вершина конуса

Vertices.X := 0.0;

Vertices.Y := 0.0;

Vertices.Z := 1.0;

Vertices.nX := 0.0;

Vertices.nY := 0.0;

Vertices.nZ := 1.0;

Inc(Vertices) ;

// Треугольники, образующие конус

for i := 0 to 49 do begin

theta := 2 * Pi * i / 49;

Vertices.X := cos(theta);

Vertices.Y := sin(theta);

Vertices.Z := 0.0;

Vertices.nX := cos(theta);

Vertices.nY := sin(theta);

Vertices.nZ := 1.0;

Inc(Vertices);

end;

// Центр донышка конуса

Vertices.X := 0.0;

Vertices.Y := 0.0;

Vertices.Z := 0.0;

Vertices.nX := 0.0;

Vertices.nY := 0.0;

Vertices.nZ := -1.0;

Inc(Vertices);

// Круг, закрывающий конус

for i := 0 to 49 do begin

theta := 2 * Pi * i / 49;

Vertices.X := sin(theta);

Vertices.Y := cos(theta);

Vertices.Z := 0.0;

Vertices.nX := 0.0;

Vertices.nY := 0.0;

Vertices.nZ := -1.0;

Inc(Vertices);

end;

// Считьшаем данные модели из файла

AssignFile (t, 'teapot.txt');

Reset (t) ;

while not EOF(t) do begin

Readln (t, wX); // Нормаль к треугольнику

Readln (t, wY);

Readln (t, wZ) ;

Readln (t, Vertices.X); // Первая вершина треугольника

Readln (t, Vertices.Y);

Readln (t, Vertices.Z);

Vertices.nX := wX;

Vertices.nY := wY;

Vertices.nZ := wZ;

Inc (Vertices);

Readln (t, Vertices.X); // Вторая вершина треугольника

Readln (t, Vertices.Y);

Readln (t, Vertices.Z);

Vertices.nX := wX;

Vertices.nY := wY;

Vertices.nZ := wZ;

Inc (Vertices);

Readln (t, Vertices.X) ; // Последняя вершина треугольника

Readln (t, Vertices.Y);

Readln (t, Vertices.Z);

Vertices.nX := wX;

Vertices.nY := wY;

Vertices.nZ := wZ;

Inc (Vertices); end;

CloseFile (t); Result := FD3DVB.Unlock;

end;

Цилиндр радиуса 0.1 и высотой 2 строится вокруг оси Y, а конус единичной высоты - вокруг оси Z. О том, как получены точки модели, мы поговорим чуть позже, сейчас же я должен сообщить, что вершины треугольников модели перечисляются против часовой стрелки.

Текущие параметры матриц вида и проекций хранятся в следующих переменных:

FromX, FromY, FromZ : Single;

AtX, AtY, AtZ : Single;

WorldUpX, WorldUpY, WorldUpZ : Single;

fFOV, fAspect, fNearPlane, fFarPlane : Single;

Инициализируются эти переменные значениями, такими же, как в предыдущих примерах, лишь точка зрения отодвинута на единицу:

procedure TfrmDSD.FormCreate(Sender: TObject);

var

hRet : HRESULT;

begin

hRet := InitD3D;

if Failed (hRet) then ErrorOut (4nitD3D'f hRet);

hRet := InitVB;

if Failed (hRet) then ErrorOut ('InitVertex', hRet);

// Включаем источники света и инициализируем материалы

SetupLights;

MaterialRed := InitMaterial(1, 0, 0, 1);

MaterialBlue := InitMaterial(0, 0,1, 1);

MaterialGreen := InitMaterial(0, 1, 0, 1) ;

MaterialYellow := InitMaterial(1, 1, 0, 1);

FromX := 0.0; // Вектор "From"

FromY := 0.0;

FromZ := -6.0;

AtX := 0.0; // Вектор "At"

AtY := 0.0;

AtZ := 0.0;

WorldUpX := 0.0; // Вектор "WorldUp"

WorldUpY := 1.0;

WorldUpZ := 0.0;

fFOV := 1.0; // Угол обзора по оси Y

fAspect := 1.0; // Угол обзора по оси X

fNearPlane := 1.0; // Передняя плоскость отсечения

fFarPlane := 20; // Задняя плоскость отсечения

end;

Для повышения красочности на сцене присутствует два источника света:

procedure TfrmDSD.SetupLights;

var

LightO : TD3DLight8;

Lightl : TD3DLight8;

begin

LightO := InitDirectionalLight(D3DVector(-1, -1, -1), 1, 1, 1, 0);

FDSDDevice.SetLight (0, LightO);

Lightl := InitDirectionalLight(D3DVector(0, 0, 1), 1, 1, 1, 0);

FDSDDevice.SetLight (1, Lightl);

FD3DDevice.LightEnable (0, True);

FD3DDevice.LightEnable (1, True);

end;

При воспроизведении объектов сцены параметры матриц вида и проекций опираются на текущие значения управляющих переменных:

procedure TfrmDSD.DrawScene;

var

matView, matProj : TD3DMatrix;

matRotate, matTranslate : TDSDMatrix;

matRotateX, matRotateY : TD3DMatrix;

matScale : TD3DMatrix;

begin

// Цилиндр по оси X

SetRotateZMatrix(matRotate, Pi / 2);

SetTranslateMatrix(matTranslate, 1.0, 0.0, 0.0);

with FD3DDevice do begin

SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW);

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matTranslate, matRotate));

SetMaterial(MaterialRed); // Красного цвета

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 50 * 2 - 2);

end;

// Конус стрелки по оси Z

SetRotateYMatrix(matRotate, Pi / 2);

SetTranslateMatrix(matTranslate, 2.0, 0.0, 0.0);

SetScaleMatrix(matScale, 1.0, 0.5, 0.5);

with FDSDDevice do begin

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matScale,

MatrixMul(matTranslate, matRotate)));

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 100, 49); // Сам конус

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 151, 50); // Донышко конуса

end;

// Цилиндр по оси Y

SetTranslateMatrix(matTranslate, 0.0, 1.0, 0.0);

with FDSDDevice do begin

SetTransform(D3DTS__WORLD, matTranslate);

SetMaterial(MaterialGreen); // Цвет - зеленый

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 50 * 2 - 2);

end;

// Конус стрелки по оси Y SetRotateXMatrix(matRotate, -Pi / 2);

SetTranslateMatrix(matTranslate, 0.0, 2.0, 0.0);

SetScaleMatrix(matScale, 0.5, 1.0, 0.5);

with FD3DDevice do begin

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matScale,

MatrixMul(matTranslate, matRotate)));

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 100, 49);

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 151, 50);

end;

// Цилиндр по оси Z

SetRotateXMatrix(matRotate, Pi / 2) ;

SetTranslateMatrix(matTranslate, 0.0, 0.0, 1.0);

with FD3DDevice do begin

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matTranslate, matRotate));

SetMaterial(MaterialBlue); // Синего цвета

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLESTRIP, 0, 50 * 2 - 2);

end;

// Конус стрелки по оси Z

SetTranslateMatrix(matTranslate, 0.0, 0.0, 2.0);

SetScaleMatrix(matScale, 0.5, 0.5, 1.0); with FD3DDevice do begin

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matScale, matTranslate));

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 100, 49);

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLEFAN, 151, 50);

end;

// Чайник, вращающийся вокруг осей X и Y

SetRotateXMatrix(matRotateX, Angle);

SetRotateYMatrixfmatRotateY, Angle);

SetTranslateMatrix(matTranslate, 0.0, -1.5, 0.0);

SetScaleMatrix(matScale, 0.5, 0.5, 0.5); // Уменьшаем в два раза

with FD3DDevice do begin

SetTransform(D3DTS_WORLD, MatrixMul(matRotateX, MatrixMul(matRotateY, MatrixMul(matScale, matTranslate))));

SetMaterial(MaterialYellow);

// Вершины модели перечисляются против часовой стрелки

SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CW);

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 100 + 51 * 2, 6322);

end;

// Матрица вида

SetViewMatrix(matView, DSDVector(FromX, FromY, FromZ),

D3DVector(AtX, AtY, AtZ), DSDVector(WorldUpX, WorldUpY, WorldUpZ));

FD3DDevice.SetTransform(D3DTS_VIEW, matView); // Матрица проекций

SetProjectionMatrix(matProj, fFOV, fAspect, fNearPlane, fFarPlane);

FD3DDevice.SetTransform(D3DTS_PROJECTION, matProj);

end;

Поначалу, наверняка, вам будет тяжело разбирать последовательности манипуляций с матрицами при воспроизведении нескольких объектов. Для приобретения опыта попробуйте решить простейшие задачи, например удлините цилиндры и конусы осей.

Но главное предназначение этого примера - разрешить все возможные вопросы об установках матриц вида и проекций. По нажатии клавиши <Пробел> появляется вспомогательное окно, в полях редактирования которого выводится текущее значение управляющих переменных:

procedure TfrmDSD.FormKeyDown(Sender: TObject; var Key: Word;

Shift: TShiftState);

begin

if Key = VKJESCAPE then Close else

if Key = VK_SPACE then with Form2 do begin

edtFromX.Text := FloatToStr (FromX);

edtFromY.Text := FloatToStr (FromY);

edtFromZ.Text := FloatToStr (FromZ);

edtAtX.Text := FloatToStr (AtX);

edtAtY.Text := FloatToStr (AtY) ;

edtAtZ.Text := FloatToStr (AtZ);

edtWorldUpX.Text := FloatToStr (WorldUpX);

edtWorldUpY.Text := FloatToStr (WorldUpY);

edtWorldUpZ.Text := FloatToStr (WorldUpZ);

edtFOV.Text := FloatToStr (fFOV);

edtAspect.Text := FloatToStr (fAspect);

edtNearPlane.Text := FloatToStr (fNearPlane);

edtFarPlane.Text := FloatToStr (fFarPlane);

Show;

end;

end;

Первоначально мы видим только две оси: стрелка оси Z закрыта вращающейся моделью. Меняя значения координат вектора "From", мы передвигаем точку обзора - координаты той точки в пространстве, где находится глаз наблюдателя. Вектор "At" определяет точку, находящуюся в середине сцены. Если здесь задавать отличные друг от друга значения, то наша композиция будет перемещаться по плоскости экрана, т. е. этот вектор соответствует направлению взгляда наблюдателя. Вектор "WorldUp" указывает направление и величину поворота головы. Если менять значения его составляющих, оси нашей сцены начнут "меняться местами".

Значение FOV задает величину производимого увеличения в радианах. Чем меньше это число, тем крупнее выглядит наша картинка. Обратите внимание, что сами объекты при этом не перемещаются, мы как будто просто вращаем колесико настройки бинокля. Значение величины Aspect определяет степень сжатия картинки по горизонтали: чем больше это число, тем сильнее растягивается изображение. Обычно здесь передается отношение ширины окна к его высоте.

Расстояния до передней и задней плоскостей отсечения задают видимую область пространства. Расстояния отмеряются от глаза наблюдателя. Все точки, выходящие за пределы этой области, не воспроизводятся. Из соображений оптимизации плоскости сечения располагаются максимально близко друг к другу, чтобы сократить время вычислений. Обратите внимание, это очень важно: нельзя устанавливать нулевым значение расстояния до передней плоскости отсечения. Такое значение равносильно отказу от использования буфера глубины.