Графика DirectX в Delphi - Михаил Краснов

А теперь перейдем к следующему примеру, проекту каталога Ех07 - несложной заготовке увлекательной игры. Вам остается только развить программу, чтобы получить законченное произведение, со стрельбой и коварными противниками, а пока что сюжет игры совсем прост: космический корабль мчится в пространстве, наполненном сферами (рис. 9.8).

Уже сейчас пример во многом напоминает профессиональный продукт: существует полноэкранный режим. Для управления положением космического корабля используется библиотека Directlnput.

Модели сферы и космического корабля загружаются из текстовых файлов, их я получил с помощью изученных утилит.

Поскольку операции с матрицами осуществляются центральным процессором, а именно нашим приложением, оптимизации их выполнения необходимо уделять максимум внимания. Для каждой движущейся сферы запоминаем текущую матрицу трансформаций, чтобы не тратить время на ее инициализацию при очередном обновлении кадра:

type

TSPHERE = packed record // Запись, относящаяся к отдельной сфере

Z : Single; // Текущая координата по оси Z

Radius : Single; // Радиус

MaterialSphere : TD3DMaterial8; // Индивидуальный материал

matSphere : TDSDMatrix; // Текущая матрица трансформаций сферы

end;

const

NumSpheres = 60; // Количество сфер

var

Spheres : Array [0..NumSpheres - 1] of TSPHERE; // Массив сфер

MaterialXWing : TD3DMaterial8; // Материал космического корабля

matXWing : TD3DMatrix; // Матрица трансформаций корабля

Заполняются целиком матрицы трансформаций сфер и корабля один раз, при инициализации:

procedure TfrmD3D.FormCreate(Sender: TObject);

var

hRet : HRESULT;

raatView, matProj : TDSDMatrix;

i : Integer; matWrk : TD3DMatrix;

begin

ShowCursor (False);

hRet := OnCreateDevice; // Инициализация библиотеки

DirectInput if Failed (hRet) then ErrorOut ('InitDirectlnput', hRet);

hRet := InitDSD;

if Failed (hRet) then ErrorOut ('InitDSD1, hRet);

hRet := InitVB;

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

SetupLights;

// Инициализация массива сфер

for i := 0 to NumSpheres - 1 do with Spheres [i] do begin

// Положение по оси Z, расстояние до космического корабля

Z := random * 80 - 40;

Radius := random * 0.1+0.1; // Размер сферы

SetScaleMatrix(matSphere, Radius, Radius, Radius);

// Вспомогательная матрица трансформаций

SetTranslateMatrix (matWrk, random * 20 - 10, random * 20 - 10, Z);

// Окончательная инициализация матрицы трансформаций сферы

matSphere := MatrixMul (matSphere, matWrk);

// Инициализация материала сферы

MaterialSphere := InitMaterial(random * 0.5+0.5, random * 0.5+0.5,

random * 0.5 + 0.5, 0) ;

end;

// Космический корабль - золотистого цвета MaterialXWing := InitMaterial(1.О, 1.0, 0.0, 0); // Поворот модели по оси X SetRotateXMatrix(matXWing, -Pi /2);

// Видовая матрица и матрица проекций устанавливается один раз

SetViewMatrixfmatView, D3DVector(0, 0, -5), D3DVector(0, О, О), D3DVector(0, I, 0));

FD3DDevice.SetTransform(D3DTS_VIEW, matview);

SetProjectionMatrixdnatProj, 1, 1, 1, 100);

FD3DDevice.SetTransform(D3DTS_PROJECTION, matProj);

end;

При движении сферы в пространстве и при генерации нового ее положения не обращаемся к операциям перемножения матриц, а изменяем значение только элементов четвертой строки матрицы трансформации сферы:

procedure TfrmD3D.DrawScene;

var

i : Integer;

begin

// Рисуем космический корабль

with FDSDDevice do begin

SetMaterial(MaterialXWing); // Устанавливаем материал

// Матрица трансформаций рассчитана раньше

SetTransform(D3DTS_WORLD, matXWing);

// Модель корабля нарисована по часовой стрелке

SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW);

// Вывод треугольников модели DrawPrimtive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 2498);

// Сфера нарисована против часовой стрелки

SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CW);

end;

// Вывод массива сфер

for i := 0 to NumSpheres - 1 do begin

with FDSDDevice do begin

SetMaterial(Spheres [i].MaterialSphere);

SetTransform(D3DTS_WORLD, Spheres [i].matSphere);

DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 7494, 110);

end;

with Spheres [i] do begin

// Движение сферы в пространстве

Z := Z - 0.3;

// He перемножаем матрицы, меняем значение только одного элемента

Spheres [i].matSphere._43 := Z;

// Сфера улетела за пределы экрана

if Z < -20 then begin

// Генерируем новое значение координаты X сферы

matSphere._41 := random * 20 - 10;

// Генерируем новое значение координаты У сферы

matSphere._42 := random * 20-10;

Z := 50 + random (10); // Новое значение координаты Z

matSphere. 43 := Z;

// Генерируем новый материал сферы MaterialSphere := InitMaterial (random * 0.5 -t- 0.5,

random * 0.5 + 0.5, random * 0.5 + 0.5, 0);

end;

end;

end;

end;

Для максимального ускорения работы приложения из кода удалены все проверки успешности выполнения операций для каждого обновления кадра. Обратите внимание, что на сцене присутствует три источника света для освещения корабля с различных сторон.

При перемещении курсора мыши меняются значения элементов матрицы трансформаций космического корабля, при нажатых кнопках мыши происходит поворот корабля вокруг оси Y:

function TfrmDSD.ReadlmmediateData : HRESULT;

var

hRet : HRESULT;

dims2 : TDIMOUSESTATE2;

matRotateY : TD3DMatrix;

begin

ZeroMemory(@dims2, SizeOf(dims2));

hRet := DIMouse.GetDeviceState(SizeOf(TDIMOUSESTATE2), @dims2) ;

if Failed (hRet) then begin

hRet := DIMouse.Acquire;

while hRet = DIERR__INPUTLOST do

hRet := DIMouse.Acquire;

end;

// Нажата левая кнопка мыши, вращение корабля

if dims2.rgbButtons[0] = 128 then begin

SetRotateYMatrix(matRotateY, 0.1);

matXWing := MatrixMul (matXWing, matRotateY);

end;

// Правая кнопка мыши, вращение в противоположную сторону

if dims2.rgbButtons[1] = 128 then begin

SetRotateYMatrix(matRotateY, -0.1);

matXWing := MatrixMul (matXWing, matRotateY);

end;

// Движение курсора мыши, перемещение корабля по осям X и Y

matXWing._41:= matXWing._41 + 0.01 * dims2.1X;

matXWing._42 := matXWing._42 -0.01 * dims2.1Y;

Result := DI_OK;

end;

Одной из классических задач компьютерной графики является генерация ландшафтов, следующий наш пример, проект из каталога Ех08, является иллюстрацией именно на эту тему. Здесь на фоне горного ландшафта летит пассажирский лайнер, терпящий, по-видимому, катастрофу, поскольку летит с выпущенными шасси и вращается вокруг своей оси (рис. 9.9).

Формат вершин включает в себя координату, вектор нормали и цвет, порядок их следования строго определен. Тройку чисел нормали я объединил в вектор только из соображений оптимизации:

type

TCUSTOMVERTEX = packed record

X, Y, Z : Single;

normVector : TDSDVector; // Нормаль должна предшествовать цвету

Color : DWORD;

end;

const

D3DFVF_CUSTOMVERTEX = D3DFVF_XYZ or D3DFVF_NORMAL or D3DFVF_DIFFUSE;

type

LandParam = packed record // Описание опорных точек сетки ландшафта

Color : DWORD; // Цвет точки

h : Single; // Высота

VecNormal : TD3DVector; // Нормаль к вершине

end;

const

RandPoint =400; // Количество холмов и гор ландшафта

FlatLand =3; // Степень сглаживания возвышенностей

Numx = 77; // Размер ландшафта по оси X

NumZ =60; // Количество точек по оси Z

Step =0.2; // Масштабный множитель для одной площадки var

matAirplan : TD3DMatrix; // Матрица трансформаций для самолета

Land : array f1..NurnX,1..NumZ] of LandParara; // Массив ландшафта

Для генерации ландшафта произвольные вершины равномерной сетки приподнимаются на произвольную высоту. Затем, в несколько проходов, значения высот всех узлов сетки усредняются. Таким образом, вокруг пиков образуются плавные возвышенности. Для имитации горного пейзажа цвет вершин задается в зависимости от ее высоты.

При генерации ландшафта используется функция, вычисляющая нормаль к треугольнику так же, как в одном из предыдущих примеров:

procedure GenLand;

var

i, j, k : Integer;

x, z : Integer;

begin

// Генерируем вершины возвышенностей

for i := 1 to RandPoint do begin

x := random(NumX - 3) + 1;

z := random(NumZ - 3) + 1;

Land[x,z].h := random(500);

end;

// Усредняем высоты соседних точек, чтобы получить плавные холмы

for k := 1 to FlatLand do

for i:= 2 to NumX. do

for j := 2 to NumZ do

Land[i,j].h := (Land[i,j].h +

Land[(i + 1) mod NumX,j].h +

Land[i - 1, j].h +

Land[i, (j + 1) mod NumZ].h +

Land[i, j - 1].h) / 5;

// Приводим данные к удобному виду, задаем цвет вершин

for i := 1 to NumX do

for j := 1 to NumZ do

with Land[i,j] do begin

h := h / 100; if h > 0.85 then h := 0.85;

if h > 0.4 // Высокие вершины окрашиваем белым цветом

then Land[i,j].Color := $00FFFFFF else

if h > 0.2 // Точки чуть ниже - коричневым

then Land[i,j].Color := $00804000 else

if h > 0.1 // Вершины еще ниже - желтые

then Land[i,j].Color := $00FFFF00

// Точки на равнине - зеленые

else Land[i,j].Color := $0000FF00;

end;

// Рассчитываем нормали к вершинам

for i := 1 to NumX - 1 do

for j := 1 to NumZ do

CalcNormals (D3DVector (i * Step, Landfi, j - 1].h, (j - 1) * Step),

D3DVector (i * Step, Land[i, j].h, j * Step),

DSDVector ((i + 1) * Step, Landfi + 1, j - l].h,

(j - 1) * Step), Land[i, j].VecNormal);

end;

Данные модели считываются из текстового файла. В буфере вершин первые четыре вершины отводятся для построения отдельного квадрата ландшафта:

function TfrmDSD.InitVB : HRESULT;

var

Vertices : ^TCustomVertex;

hRet : HRESULT;

t : TextFile;

wrkVec : TD3DVector;

begin

FDSDDevice.CreateVertexBuffer(20665 * SizeOf(TCustomVertex), 0,

DSD FVF_CUSTOMVERTEX,

D3DPOOL_DEFAULT, FD3DVB);

FD3DDevice.SetStreamSource(0, FD3DVB, SizeOf(TCustomVertex));

FD3DVB.Lock(0, 20665 * SizeOf(TCustomVertex), PByte(Vertices), 0);

Inc (Vertices); // Первые четыре вершины отводятся для построения

Inc (Vertices); // отдельного квадрата ландшафта

Inc (Vertices);

Inc (Vertices);

AssignFile (t, 'Boeing.txt1);

Reset (t);

while not EOF(t) do begin

Readln (t, wrkVec.X); // Считываем вектор нормали

Readln (t, wrkVec.Y);

Readln (t, wrkVec.Z);

// Считываем вершины очередного треугольника

Readln (t, Vertices.X);

Readln (t, Vertices.Y);