DirectX 9.0 3D游戏开发编程基础

　　本书主要介绍如何使用DirectX 9.0开发交互式3D图形程序，重点是游戏开发。全书首先介绍了必要的数学工具，然后讲解了相关的3D概念。其他主题几乎涵盖了Direct3D中的所有基本运算，例如图元的绘制、光照、纹理、Alpha融合、模板，以及如何使用Direct3D实现游戏中所需的技术。介绍顶定点着色器和像素着色器的章节（包含了效果框架和新的高级着色语言的内容）对这些关键运算进行了较为集中的讨论。本书内容深入浅出，内容广泛，可供从事3D游戏程序设计、可视化系统设计或其他图形应用程序开发的开发人员和大中专院校学生参考，也极适合各种游戏开发培训机构作为Direct3D编程的培训教程。

　　Prank Luna是Hero lnteractive的程序员，从事交互式3D图形编程已有八年多。他最早接触DirectX可以追溯到DirectX5发布之时，目前居住在加州的洛杉矶市。

第Ⅰ部分  基础知识

必备的数学知识    3
3D空间中的向量    3
向量相等    7
计算向量的长度    7
向量的规范化    8
向量加法    9
向量减法    9
数乘    10
点积    11
叉积    11
矩阵        12
矩阵相等、矩阵数乘和矩阵加法    13
矩阵乘法    14
单位矩阵    15
逆矩阵        15
矩阵的转置    16
D3DX矩阵    16
基本变换    19
平移矩阵    20
旋转矩阵    21
比例变换矩阵    23
几何变换的组合    24
向量变换的一些函数    25
平面(选读)    26
D3DXPLANE    27
点和平面的空间关系    27
平面的创建    28
平面的规范化    29
平面的变换    29
平面中到某一点的最近点    30
射线(选读)    31
射线    31
射线与平面的相交    32
小结        32
　　

第Ⅱ部分  Direct3D基础

第1章  初始化Direct3D    37
1.1  Direct3D概述    37
1.1.1  REF设备    38
1.1.2  D3DDEVTYPE    38
1.2  COM(组件对象模型)    38
1.3  预备知识    39
1.3.1  表面    39
1.3.2  多重采样    41
1.3.3  像素格式    42
1.3.4  内存池    42
1.3.5  交换链和页面置换    43
1.3.6  深度缓存    44
1.3.7  顶点运算    45
1.3.8  设备性能    45
1.4  Direct3D的初始化    46
1.4.1  获取接口IDirect3D9的指针    47
1.4.2  校验硬件顶点运算    47
1.4.3  填充D3DPRESENT_
PARAMETER结构    48
1.4.4  创建IDirect3DDevice9
接口    50
1.5  例程：Direct3D的初始化    51
1.5.1  d3dUtility.h/cpp    52
1.5.2  例程框架    53
1.5.3  例程：D3D初始化    54
1.6  小结    56
第2章  绘制流水线    58
2.1  模型表示    59
2.1.1  顶点格式    60
2.1.2  三角形单元    60
2.1.3  索引    61
2.2  虚拟摄像机    62
2.3  绘制流水线    63
2.3.1  局部坐标系    64
2.3.2  世界坐标系    64
2.3.3  观察坐标系    65
2.3.4  背面消隐    67
2.3.5  光照    68
2.3.6  裁剪    68
2.3.7  投影    69
2.3.8  视口变换    70
2.3.9  光栅化    72
2.4  小结    72
第3章  Direct3D中的绘制    73
3.1  顶点缓存与索引缓存    73
3.1.1  创建顶点缓存和索引缓存    73
3.1.2  访问缓存内容    76
3.1.3  获取顶点缓存和
索引缓存的信息    77
3.2  绘制状态    78
3.3  绘制的准备工作    78
3.4  使用顶点缓存和索引缓存进行绘制    79
3.4.1  IDirect3DDevice9::
DrawPrimitive    79
3.4.2  IDirect3DDevice9::
DrawIndexedPrimitive    80
3.4.3  Begin/End Scene    81
3.5  D3DX几何体    81
3.6  例程：三角形、立方体、
茶壶、D3DXCreate*    83
3.7  小结    87
第4章  颜色    89
4.1  颜色表示    89
4.2  顶点颜色    92
4.3  着色    92
4.4  例程：具有颜色的三角形    93
4.5  小结    95
第5章  光照    97
5.1  光照的组成    97
5.2  材质    98
5.3  顶点法线    100
5.4  光源    102
5.5  例程：光照    105
5.6  一些附加例程    108
5.7  小结    108
第6章  纹理映射    109
6.1  纹理坐标    110
6.2  创建并启用纹理    111
6.3  纹理过滤器    112
6.4  多级渐进纹理    113
6.4.1  多级渐进纹理过滤器    114
6.4.2  使用多级渐进纹理    114
6.5  寻址模式    114
6.6  例程：纹理四边形    116
6.7  小结    118
第7章  融合技术    119
7.1  融合方程    119
7.2  融合因子    121
7.3  透明度    122
7.3.1  Alpha通道    122
7.3.2  指定Alpha来源    123
7.4  用DirectX Texture Tool
创建Alpha通道    123
7.5  例程：透明效果    125
7.6  小结    127
第8章  模板    128
8.1  模板缓存的使用    129
8.1.1  模板缓存格式的查询    129
8.1.2  模板测试    130
8.1.3  模板测试的控制    130
8.1.4  模板缓存的更新    132
8.1.5  模板写掩码    132
8.2  例程：镜面效果    133
8.2.1  成像中的数学问题    133
8.2.2  镜面效果实现概述    134
8.2.3  代码解析    135
8.3  例程：Planer Shadows    139
8.3.1  平行光阴影    139
8.3.2  点光源产生的阴影    140
8.3.3  阴影矩阵    141
8.3.4  使用模板缓存
防止二次融合    142
8.3.5  代码解析    143
8.4  小结    144

第Ⅲ部分  Direct3D的应用

第9章  字体    149
9.1  ID3DXFont接口    149
9.1.1  创建一个ID3DXFont
接口对象    149
9.1.2  绘制文本    150
9.1.3  计算每秒绘制的帧数    151
9.2  CD3DFont    152
9.2.1  创建CD3DFont类的实例    152
9.2.2  绘制文本    152
9.2.3  清理    153
9.3  D3DXCreateText函数    153
9.4  小结    155
第10章  网格(一)    156
10.1  几何信息    156
10.2  子集和属性缓存    157
10.3  绘制    159
10.4  网格优化    159
10.5  属性表    161
10.6  邻接信息    163
10.7  克隆    164
10.8  创建网格(D3DXCreateMeshFVF)    165
10.9  例程：网格的创建与绘制    167
10.10  小结    172
第11章  网格(二)    174
11.1  ID3DXBuffer    174
11.2  XFile    175
11.2.1  加载XFile文件    175
11.2.2  XFile材质    176
11.2.3  例程：XFile    177
11.2.4  生成顶点法线    180
11.3  渐进网格    181
11.3.1  生成渐进网格    182
11.3.2  顶点属性权值    183
11.3.3  ID3DXPMesh接口方法    183
11.3.4  例程：Progressive Mesh    184
11.4  外接体    187
11.4.1  一些新的特殊常量    189
11.4.2  外接体的类型    189
11.4.3  例程：Bounding Volumes    190
11.5  小结    192
第12章  设计一个灵活的
          Camera类    193
12.1  Camera类的设计    193
12.2  实现细节    195
12.2.1  观察矩阵(取景变换矩阵，
View Matrix)的计算    195
12.2.2  绕任意轴的旋转    198
12.2.3  俯仰、偏航和滚动    199
12.2.4  行走、扫视和升降    201
12.3  例程：Camera    202
12.4  小结    205
第13章  地形绘制基础    206
13.1  高度图    207
13.1.1  创建高度图    207
13.1.2  加载RAW文件    208
13.1.3  访问和修改高度图    209
13.2  创建地形几何信息    210
13.2.1  顶点的计算    212
13.2.2  索引的计算    214
13.3  纹理映射    216
13.4  光照    219
13.4.1  概述    219
13.4.2  坐标方格的明暗度计算    220
13.4.3  对地形进行着色    222
13.5  在地形中“行走”    222
13.6  例程：Terrain    226
13.7  一些改进    228
13.8  小结    229
第14章  粒子系统    230
14.1  粒子和点精灵    230
14.1.1  结构格式    230
14.1.2  点精灵的绘制状态    231
14.1.3  粒子及其属性    233
14.2  粒子系统的组成    234
14.2.1  绘制一个粒子系统    238
14.2.2  随机性    243
14.3  具体的粒子系统    243
14.3.1  例程：Snow System    244
14.3.2  例程：Firework    246
14.3.3  例程：Particle Gun    248
14.4  小结    250
第15章  拾取    251
15.1  屏幕到投影窗口的变换    253
15.2  拾取射线的计算    254
15.3  对射线进行变换    255
15.4  射线/物体相交判定    256
15.5  例程：Picking    258
15.6  小结    259

第Ⅳ部分  着色器和效果

第16章  高级着色语言(HLSL)入门    263
16.1  HLSL着色器程序的编制    264
16.1.1  全局变量    266
16.1.2  输入和输出结构    266
16.1.3  入口函数    267
16.2  HLSL着色器程序的编译    268
16.2.1  常量表    268
16.2.2  HLSL着色器程序的编译    272
16.3  变量类型    274
16.3.1  标量类型    274
16.3.2  向量类型    274
16.3.3  矩阵类型    275
16.3.4  数组    277
16.3.5  结构体    277
16.3.6  关键字typedef    277
16.3.7  变量的前缀    278
16.4  关键字、语句及类型转换    279
16.4.1  关键字    279
16.4.2  基本程序流程    279
16.4.3  类型转换    280
16.5  运算符    281
16.6  用户自定义函数    282
16.7  内置函数    284
16.8  小结    286
第17章  顶点着色器入门    287
17.1  顶点声明    288
17.1.1  顶点声明的描述    288
17.1.2  顶点声明的创建    291
17.1.3  顶点声明的启用    291
17.2  顶点数据的使用    291
17.3  使用顶点着色器的步骤    293
17.3.1  顶点着色器的编写与编译    294
17.3.2  顶点着色器的创建    294
17.3.3  顶点着色器的设置    294
17.3.4  顶点着色器的销毁    295
17.4  例程：Diffuse Lighting    295
17.5  例程：Cartoon Rendering    302
17.5.1  卡通着色    303
17.5.2  卡通着色的顶点
着色器代码    304
17.5.3  轮廓的勾勒    307
17.5.4  实现轮廓勾勒的
顶点着色器代码    310
17.6  小结    312
第18章  像素着色器入门    313
18.1  多重纹理概述    313
18.1.1  启用多重纹理    315
18.1.2  多重纹理坐标    316
18.2  像素着色器的输入和输出    317
18.3  使用像素着色器的步骤    318
18.3.1  像素着色器的编写和编译    318
18.3.2  像素着色器的创建    318
18.3.3  像素着色器的设置    319
18.3.4  像素着色器的销毁    319
18.4  HLSL采样器对象    319
18.5  例程：像素着色器中的多重纹理    321
18.6  小结    329
第19章  效果框架    331
19.1  手法与路径    331
19.2  更多HLSL的内置对象    333
19.2.1  纹理对象    333
19.2.2  采样器对象与采样器状态    333
19.2.3  顶点着色器对象和
像素着色器对象    334
19.2.4  字符串    335
19.2.5  注释    335
19.3  效果文件中的设备状态    336
19.4  创建一种效果    337
19.5  常量的设置    338
19.6  使用一种效果    340
19.6.1  效果句柄的获取    341
19.6.2  效果的激活    341
19.6.3  效果的启用    341
19.6.4  当前绘制路径的设置    342
19.6.5  效果的终止    342
19.6.6  一个例子    342
19.7  例程：效果文件中的光照和纹理    343
19.8  例程：雾效    349
19.9  例程：卡通效果    352
19.10  EffectEdit    353
19.11  小结    354
附录  Windows编程入门    355
参考文献    372