Win10 MaterialModel

前田稔(Maeda Minoru)の超初心者のプログラム入門

プロジェクトの作成

1. Windows10 DirectX3D でプロジェクトに Material Model を組み込んで描画します。
   Win10 ColorModel は「頂点座標＋カラー」の法線が無いモデルでした。
   Material Model もポリゴンに色を設定したモデルですが、「頂点座標＋法線＋カラー」のモデルで法線が無いモデルよりも一般的です。
   ConeColor.x のソースを見れば解るように、色(マテリアル)はポリゴン(面)ごとに設定されていて結構解析が面倒です。
   
2. Win10 Template を参照して DirectX 11 アプリ(ユニバーサル Windows)を構築して下さい。
   カラーキューブが回転しながら描画され、FPS が表示されます。
   プロジェクトの名前は App1 になっています。
   
3. ページの後半を参照して、次のファイルを修正して下さい。
   

   Content\Sample3DSceneRenderer.h

   Content\Sample3DSceneRenderer.cpp

4. Win10 TextureBox から、次のファイルを Content\ に格納して下さい。
   BasicReaderWriter はプロジェクトに組み込んだモデルのソースを取得するときに使います。
   新しく追加されるファイルは App1 を選択して[追加][既存の項目]からプロジェクトに追加します。
   

   Content\BasicReaderWriter.h

   Content\BasicReaderWriter.cpp

5. シェーダーは Win10 Shader から「頂点座標＋法線＋４色カラー」の物に置き換えて下さい。
   
6. ConeColor.x を X Model からダウンロードしてプロジェクトに追加します。
   コンパイル＆実行すると色が設定されたコーンが回転しながら描画されます。
   XLoader Color でも XLoader を使った Color Model の描画を説明しています。
   

ソースコード

1. Sample3DSceneRenderer.h です。
   X-FILE を解析する関数のプロトタイプ宣言と領域が定義されています。
   色とポリゴンの関係を解析するために Face 構造体, Material 構造体を使います。
   Polygon3 構造体は多角形ポリゴンを３角形ポリゴンに変換するときに使います。
   m_pos が頂点座標の配列で、m_norm が法線ベクトルの配列です。
   

   #pragma once #include "..\Common\DeviceResources.h" #include "ShaderStructures.h" #include "..\Common\StepTimer.h" #include "BasicReaderWriter.h" #include <vector> using namespace std; using namespace Platform; // Face 構造体(FTBL) struct Face { int Num; // 頂点数 vector<unsigned short> Pos; // 頂点 Index の並び vector<unsigned short> Norm; // 法線 Index の並び int Midx; // Material(MTBL) Index(-1:指定なし) }; // Polygon3 構造体(POL3) struct Pol3 { unsigned short Pos[3]; // 頂点 Index の並び unsigned short Norm[3]; // 法線 Index の並び int Midx; // Material(MTBL) Index }; // Material 構造体(MTBL) struct Mat { string matName; DirectX::XMFLOAT3 faceColor; float power; DirectX::XMFLOAT3 specularColor; DirectX::XMFLOAT3 emissiveColor; }; namespace App1 { class Sample3DSceneRenderer { public: Sample3DSceneRenderer(const std::shared_ptr<DX::DeviceResources>& deviceResources); void CreateDeviceDependentResources(); void CreateWindowSizeDependentResources(); void ReleaseDeviceDependentResources(); void Update(DX::StepTimer const& timer); void Render(); void StartTracking(); void TrackingUpdate(float positionX); void StopTracking(); bool IsTracking() { return m_tracking; } void SetByte(Array<byte>^ text); private: void Rotate(float radians); private: std::shared_ptr<DX::DeviceResources> m_Resources; ID3D11Device1 *m_Device; ID3D11DeviceContext1 *m_Context; // キューブ ジオメトリの Direct3D リソース。 Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11InputLayout> m_inputLayout; Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11Buffer> m_vertexBuffer; Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11Buffer> m_indexBuffer; Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11VertexShader> m_vertexShader; Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11PixelShader> m_pixelShader; Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D11Buffer> m_constantBuffer; ID3D11RasterizerState *m_RasterizerState; // キューブ ジオメトリのシステム リソース。 ModelViewProjectionConstantBuffer m_constantBufferData; uint32 m_indexCount; // レンダリング ループで使用する変数。 bool m_loadingComplete; float m_degreesPerSecond; bool m_tracking; //★ X-FILE の領域 std::string m_x; //X-FILE TEXT vector<string> VT; //X-FILE を行で切り分け int VT_size; //VT の大きさ vector<Face> FTBL; // Face Table vector<Pol3> POL3; // Polygon3 Table vector<Mat> MTBL; // Material Table vector<DirectX::XMFLOAT3> m_pos; // 頂点座標 vector<DirectX::XMFLOAT3> m_norm; // 法線ベクトル int m_Line, m_Col, m_Top; string Word; bool m_normflag; // 法線の取得フラグ bool Search(char *key); void Token(); bool LineToken(); bool SetXMFLOAT3(char *key, vector<DirectX::XMFLOAT3> *f3); void ComputeNorm(VertexPosition *Vertices, int siz); bool SetFTBL(); bool SetNorm(); void Convt_3P(bool flg); void SetMTBL(); void MatList(); }; }

2. Sample3DSceneRenderer.cpp です。
   プロジェクトに組み込まれた X-FILE を解析してモデルデータを作成します。
   掲載されていない関数は Windows10 DirectX Library を参照して下さい。
   reader->ReadData("X-FILE の名前") でモデルデータを取得します。
   

   #include "pch.h" #include "Sample3DSceneRenderer.h" #include "..\Common\DirectXHelper.h" using namespace App1; using namespace DirectX; using namespace Windows::Foundation; using namespace concurrency; using namespace Windows::Storage; Sample3DSceneRenderer::Sample3DSceneRenderer(const std::shared_ptr<DX::DeviceResources>& deviceResources) : m_loadingComplete(false), m_degreesPerSecond(45), m_indexCount(0), m_tracking(false), m_Resources(deviceResources) { CreateDeviceDependentResources(); CreateWindowSizeDependentResources(); m_Device = m_Resources->GetD3DDevice(); m_Context = m_Resources->GetD3DDeviceContext(); BasicReaderWriter^ reader = ref new BasicReaderWriter(); Array<byte>^ buf = reader->ReadData("ConeColor.x"); //Array<byte>^ buf = reader->ReadData("gal2.x"); SetByte(buf); } void Sample3DSceneRenderer::CreateWindowSizeDependentResources() { Size outputSize = m_Resources->GetOutputSize(); float aspectRatio = outputSize.Width / outputSize.Height; float fovAngleY = 70.0f * XM_PI / 180.0f; if (aspectRatio < 1.0f) { fovAngleY *= 2.0f; } XMMATRIX perspectiveMatrix = XMMatrixPerspectiveFovRH( fovAngleY, aspectRatio, 0.01f, 100.0f ); XMFLOAT4X4 orientation = m_Resources->GetOrientationTransform3D(); XMMATRIX orientationMatrix = XMLoadFloat4x4(&orientation); XMStoreFloat4x4( &m_constantBufferData.projection, XMMatrixTranspose(perspectiveMatrix * orientationMatrix) ); //static const XMVECTORF32 eye = { 0.0f, 0.7f, 2.0f, 0.0f }; static const XMVECTORF32 eye = { 0.0f, 0.7f, 4.0f, 0.0f }; static const XMVECTORF32 at = { 0.0f, -0.1f, 0.0f, 0.0f }; static const XMVECTORF32 up = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f }; XMStoreFloat4x4(&m_constantBufferData.view, XMMatrixTranspose(XMMatrixLookAtRH(eye, at, up))); } void Sample3DSceneRenderer::Update(DX::StepTimer const& timer) { if (!m_tracking) { float radiansPerSecond = XMConvertToRadians(m_degreesPerSecond); double totalRotation = timer.GetTotalSeconds() * radiansPerSecond; float radians = static_cast<float>(fmod(totalRotation, XM_2PI)); Rotate(radians); } } void Sample3DSceneRenderer::Rotate(float radians) { //更新されたモデル マトリックスをシェーダーに渡す準備をします XMStoreFloat4x4(&m_constantBufferData.model, XMMatrixTranspose(XMMatrixRotationY(radians))); } void Sample3DSceneRenderer::StartTracking() { m_tracking = true; } void Sample3DSceneRenderer::TrackingUpdate(float positionX) { if (m_tracking) { float radians = XM_2PI * 2.0f * positionX / m_Resources->GetOutputSize().Width; Rotate(radians); } } void Sample3DSceneRenderer::StopTracking() { m_tracking = false; } // 頂点とピクセル シェーダーを使用して、1 つのフレームを描画します。 void Sample3DSceneRenderer::Render() { if (!m_loadingComplete) { return; } //auto context = m_deviceResources->GetD3DDeviceContext(); // レンダー ターゲットを画面に設定します。 ID3D11RenderTargetView *const targets[1] = { m_Resources->GetBackBufferRenderTargetView() }; m_Context->OMSetRenderTargets(1, targets, m_Resources->GetDepthStencilView()); // 定数バッファーを準備して、グラフィックス デバイスに送信します。 m_Context->UpdateSubresource( m_constantBuffer.Get(), 0, NULL, &m_constantBufferData, 0, 0 ); UINT stride = sizeof(VertexPosition); UINT offset = 0; m_Context->IASetVertexBuffers( 0, 1, m_vertexBuffer.GetAddressOf(), &stride, &offset ); m_Context->IASetIndexBuffer( m_indexBuffer.Get(), DXGI_FORMAT_R16_UINT, 0 ); // カリング設定 D3D11_RASTERIZER_DESC rasterizerDesc; ZeroMemory( &rasterizerDesc, sizeof( D3D11_RASTERIZER_DESC ) ); //rasterizerDesc.CullMode = D3D11_CULL_BACK; rasterizerDesc.CullMode = D3D11_CULL_FRONT; rasterizerDesc.FillMode = D3D11_FILL_SOLID; rasterizerDesc.DepthClipEnable = FALSE; rasterizerDesc.MultisampleEnable = TRUE; rasterizerDesc.DepthBiasClamp = 0; rasterizerDesc.SlopeScaledDepthBias = 0; DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateRasterizerState( &rasterizerDesc, &m_RasterizerState)); m_Context->RSSetState(m_RasterizerState); m_Context->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST); m_Context->IASetInputLayout(m_inputLayout.Get()); // 頂点シェーダーをアタッチします。 m_Context->VSSetShader( m_vertexShader.Get(), nullptr, 0 ); // 定数バッファーをグラフィックス デバイスに送信します。 m_Context->VSSetConstantBuffers( 0, 1, m_constantBuffer.GetAddressOf() ); // ピクセル シェーダーをアタッチします。 m_Context->PSSetShader( m_pixelShader.Get(), nullptr, 0 ); // オブジェクトを描画します。 m_Context->DrawIndexed( m_indexCount, 0, 0 ); } void Sample3DSceneRenderer::ReleaseDeviceDependentResources() { m_loadingComplete = false; m_vertexShader.Reset(); m_inputLayout.Reset(); m_pixelShader.Reset(); m_constantBuffer.Reset(); m_vertexBuffer.Reset(); m_indexBuffer.Reset(); } void Sample3DSceneRenderer::CreateDeviceDependentResources() { // シェーダーを非同期で読み込みます。 auto loadVSTask = DX::ReadDataAsync(L"SampleVertexShader.cso"); auto loadPSTask = DX::ReadDataAsync(L"SamplePixelShader.cso"); // 頂点シェーダー ファイルを読み込んだ後、シェーダーと入力レイアウトを作成します。 auto createVSTask = loadVSTask.then([this](const std::vector<byte>& fileData) { DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateVertexShader( &fileData[0], fileData.size(), nullptr, &m_vertexShader ) ); static const D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC vertexDesc [] = { { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }, { "NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }, { "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 24, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }, }; DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateInputLayout( vertexDesc, ARRAYSIZE(vertexDesc), &fileData[0], fileData.size(), &m_inputLayout ) ); }); // ピクセル シェーダー ファイルを読み込んだ後、シェーダーと定数バッファーを作成します。 auto createPSTask = loadPSTask.then([this](const std::vector<byte>& fileData) { DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreatePixelShader( &fileData[0], fileData.size(), nullptr, &m_pixelShader ) ); CD3D11_BUFFER_DESC constantBufferDesc(sizeof(ModelViewProjectionConstantBuffer) , D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER); DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateBuffer( &constantBufferDesc, nullptr, &m_constantBuffer ) ); }); // メッシュが読み込まれたら、オブジェクトを描画する準備が完了します。 createPSTask.then([this]() { m_loadingComplete = true; }); } //★ 入力した X-FILE TEXT(モデルデータ)を受け取って解析 void Sample3DSceneRenderer::SetByte(Array<byte>^ text) { int num, pt, pw; char *w; w = (char *)&(text[0]); m_x = w; // String を行で切り分ける(m_x⇒VT) VT.clear(); num = m_x.size(); for (pt = 0; pt<num;) { pw = pt; for (pt++; pt<num && m_x[pt] != '\n'; pt++); if (pt >= num) break; pt++; Word = Word.assign(m_x, pw, pt - pw); VT.push_back(Word); } VT.push_back("}\r\n"); VT_size = VT.size(); // Header Check("xof 0303txt 0032") m_Col= VT[0].find("xof"); if (m_Col==-1) { return; } m_Col= VT[0].find("txt"); if (m_Col==-1) { return; } // template をスキップ m_Line= 1; m_Col= 0; while(true) { Token(); if (Word!="template") break; Search("}"); m_Line++; } m_Top= m_Line; // Material(MTBL)を取得 SetMTBL(); // 頂点座標を取得 m_pos.clear(); m_Line = m_Top; if (SetXMFLOAT3("Mesh ", &m_pos)) { SetFTBL(); } else { OutputDebugString(L"Mesh File Format Error\r\n"); return; } // 法線を取得 m_norm.clear(); m_Line = m_Top; m_normflag = false; if (SetXMFLOAT3("MeshNormals ", &m_norm)) { m_normflag = SetNorm(); } // MeshMaterialList を取得 MatList(); // Face 構造体の FTBL ⇒ POL3 Convt_3P(m_normflag); //★ pos, norm, color を組み合わせて、モデルの頂点座標を作成 m_indexCount = POL3.size()*3; VertexPosition *Vertices = new VertexPosition[m_indexCount]; unsigned short *Indices = new unsigned short[m_indexCount]; for(unsigned i=0; i<POL3.size(); i++) { for(unsigned j=0; j<3; j++) { Vertices[i*3+j].pos = m_pos[POL3[i].Pos[j]]; if (m_normflag) Vertices[i*3+j].norm = m_norm[POL3[i].Norm[j]]; else Vertices[i*3+j].norm= XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, 0.0f); //Vertices[i*3+j].color= XMFLOAT4(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); int idx= POL3[i].Midx; if (idx != -1) { Vertices[i * 3 + j].color.x = MTBL[idx].faceColor.x; Vertices[i * 3 + j].color.y = MTBL[idx].faceColor.y; Vertices[i * 3 + j].color.z = MTBL[idx].faceColor.z; Vertices[i * 3 + j].color.w = 1.0f; } else Vertices[i*3+j].color= XMFLOAT4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f); Indices[i*3+j]= i*3+j; } } // 法線ベクトルの計算 if (m_normflag==false) ComputeNorm(Vertices, m_indexCount); // 頂点データをフレームバッファに転送 D3D11_SUBRESOURCE_DATA vertexBufferData = {0}; vertexBufferData.pSysMem = Vertices; vertexBufferData.SysMemPitch = 0; vertexBufferData.SysMemSlicePitch = 0; CD3D11_BUFFER_DESC vertexBufferDesc(sizeof(VertexPosition)*m_indexCount, D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER); DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateBuffer( &vertexBufferDesc, &vertexBufferData, &m_vertexBuffer)); // インデックスデータをフレームバッファに転送 D3D11_SUBRESOURCE_DATA indexBufferData = {0}; indexBufferData.pSysMem = Indices; indexBufferData.SysMemPitch = 0; indexBufferData.SysMemSlicePitch = 0; CD3D11_BUFFER_DESC indexBufferDesc(sizeof(unsigned short)*m_indexCount, D3D11_BIND_INDEX_BUFFER); DX::ThrowIfFailed( m_Device->CreateBuffer( &indexBufferDesc, &indexBufferData, &m_indexBuffer)); // 領域の解放 if (Vertices) delete Vertices; if (Indices) delete Indices; } //★ X-FILE 解析関数 // Line, Col から次の Token を取得 ⇒ Word に設定(Line 行だけ検索) bool Sample3DSceneRenderer::LineToken() { int wk; Word= ""; if (m_Col>=(int)VT[m_Line].size()) return false; wk= VT[m_Line].find_first_not_of(" ,;{}\r\n", m_Col); m_Col= wk; wk= VT[m_Line].find_first_of(" ,;}\r\n", m_Col); if (wk>m_Col) { Word= Word.assign(VT[m_Line], m_Col, wk-m_Col); m_Col= wk + 1; return true; } return false; } //★ "Material" で始まる行を検索(先頭から順に並ぶ) void Sample3DSceneRenderer::SetMTBL() { Mat mat; MTBL.clear(); m_Line= m_Top; while(m_Line<VT_size) { Search("Material "); if (m_Col==-1) break; LineToken(); LineToken(); // 二回目で名前を取得 mat.matName= Word; // "Material" に続く色を格納する m_Line++; m_Col= 0; Token(); mat.faceColor.x= (float)atof(Word.data()); Token(); mat.faceColor.y= (float)atof(Word.data()); Token(); mat.faceColor.z= (float)atof(Word.data()); Token(); //mat.faceColor.a= (float)_wtof(Word.data()); //mat.faceColor.w= (float)atof(Word.data()); MTBL.push_back(mat); } } //★ "MeshMaterialList" で始まる行を検索 void Sample3DSceneRenderer::MatList() { vector<int> fm; // Face Material vector<int> midx; // Material(MTBL) の Index int fcnt,num,i; unsigned j; m_Line= m_Top; Search("MeshMaterialList "); if (m_Col==-1) return; m_Line++; m_Col= 0; Token(); num= atoi(Word.data()); Token(); fcnt= atoi(Word.data()); if (FTBL.size()!=fcnt) { Debug(L"Mesh Face= ", FTBL.size()); Debug(L"MeshMaterialList Face= ", fcnt); return; } // Face に対応する Material番号を設定 for(i=0; i<fcnt; i++) { Token(); fm.push_back(atoi(Word.data())); } // Material 名で検索して、Material Index を設定 for(i=0; i<num; i++) { Token(); if (Word!="Material") { for(j=0; j<MTBL.size(); j++) { if (MTBL[j].matName==Word) break; } if (j<MTBL.size()) midx.push_back(j); else midx.push_back(j); } else midx.push_back(i); Search("}"); } // fm, midx を参照して Face ごとの Midx を設定 for(i=0; i<fcnt; i++) { FTBL[i].Midx= midx[fm[i]]; } } //★ 頂点に続く Index を vector<Face> に格納する bool Sample3DSceneRenderer::SetFTBL() { Face face; int i,j,num; unsigned short wk; FTBL.clear(); Token(); num = atoi(Word.data()); if (num<3) { return false; } face.Midx= -1; for(i=0; i<num; i++) { Token(); face.Num= atoi(Word.data()); face.Pos.clear(); for(j=0; j<face.Num; j++) { Token(); wk= atoi(Word.data()); face.Pos.push_back(wk); } FTBL.push_back(face); } return true; } // 法線に続く Index を Face(FTBL) の Norm に格納する bool Sample3DSceneRenderer::SetNorm() { int i,j,num,cn; unsigned short wk; Token(); num= atoi(Word.data()); if (FTBL.size()!=num) { OutputDebugString(L"MeshNormals Face Count Error"); return false; } for(i=0; i<num; i++) { Token(); cn= atoi(Word.data()); for(j=0; j<cn; j++) { Token(); wk= atoi(Word.data()); FTBL[i].Norm.push_back(wk); } } return true; } // vector<Face> FTBL ⇒ vector<Pol3> POL3 TRIANGLELIST に変換 // bool flg は法線ベクトルが定義されているか否かの区別 void Sample3DSceneRenderer::Convt_3P(bool flg) { Pol3 pol3; int i, j; for(i=0; i<(int)FTBL.size(); i++) { pol3.Midx= FTBL[i].Midx; switch(FTBL[i].Num) { case 3: //TRIANGLELIST pol3.Pos[0]= FTBL[i].Pos[0]; pol3.Pos[1]= FTBL[i].Pos[1]; pol3.Pos[2]= FTBL[i].Pos[2]; if (flg) { pol3.Norm[0]= FTBL[i].Norm[0]; pol3.Norm[1]= FTBL[i].Norm[1]; pol3.Norm[2]= FTBL[i].Norm[2]; } POL3.push_back(pol3); break; case 4: //TRIANGLESTRIP 4 pol3.Pos[0]= FTBL[i].Pos[0]; pol3.Pos[1]= FTBL[i].Pos[1]; pol3.Pos[2]= FTBL[i].Pos[2]; if (flg) { pol3.Norm[0]= FTBL[i].Norm[0]; pol3.Norm[1]= FTBL[i].Norm[1]; pol3.Norm[2]= FTBL[i].Norm[2]; } POL3.push_back(pol3); pol3.Pos[0]= FTBL[i].Pos[0]; pol3.Pos[1]= FTBL[i].Pos[2]; pol3.Pos[2]= FTBL[i].Pos[3]; if (flg) { pol3.Norm[0]= FTBL[i].Norm[0]; pol3.Norm[1]= FTBL[i].Norm[2]; pol3.Norm[2]= FTBL[i].Norm[3]; } POL3.push_back(pol3); break; default: //TRIANGLEFAN for(j=0; j<=FTBL[i].Num-3; j++) { pol3.Pos[0]= FTBL[i].Pos[0]; pol3.Pos[1]= FTBL[i].Pos[j+1]; pol3.Pos[2]= FTBL[i].Pos[j+2]; if (flg) { pol3.Norm[0]= FTBL[i].Norm[0]; pol3.Norm[1]= FTBL[i].Norm[j+1]; pol3.Norm[2]= FTBL[i].Norm[j+2]; } POL3.push_back(pol3); } break; } } }

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