Direct3D轮回：文字显示及FPS效率统计

组成一个完整游戏的元素大体来说其实只有两种：图形和字体。

前几节涉及的内容大都为图形元素，本节我们来看如何在Direct3D中实现简单的字体绘制~

Direct3D中的文字绘制主要依赖于ID3DXFont接口对象。我们事先构造一个D3DXFONT_DESC结构体，详细描述所要生成字体的信息，而后调用D3DXCreateFontIndirect函数即可获得ID3DXFont接口对象。

那么接下来依然是以人性化接口为目的的二次封装~

/*-------------------------------------

代码清单：D3DFont.h
来自：http://www.cnblogs.com/kenkao

-------------------------------------*/

#include "D3DInit.h"

#pragma once

class CD3DFont
{
public:
    CD3DFont(IDirect3DDevice9 *pDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pD3DPP);
    ~CD3DFont(void);
public:
    bool LoadFont(char *fontName, UINT fontSize);    // 加载字体
    void Release();                                  // 释放字体
public:
    ID3DXFont* GetFontHandle(){return m_pFont;}      // 获得字体句柄
    RECT       GetFontArea(){return m_FontArea;}     // 获得字体默认有效区域(屏幕区域)
private:
    IDirect3DDevice9* m_pDevice;                     // 3D设备
    ID3DXFont* m_pFont;                              // 字体对象
    RECT m_FontArea;                                 // 字体默认有效区域
};

/*-------------------------------------

代码清单：D3DFont.cpp
来自：http://www.cnblogs.com/kenkao

-------------------------------------*/

#include "StdAfx.h"
#include "D3DFont.h"

CD3DFont::CD3DFont(IDirect3DDevice9 *pDevice, D3DPRESENT_PARAMETERS* pD3DPP) : m_pDevice(pDevice), m_pFont(NULL)
{
    m_FontArea.left = 0;
    m_FontArea.top = 0;
    m_FontArea.right = pD3DPP->BackBufferWidth;
    m_FontArea.bottom = pD3DPP->BackBufferHeight;
}

CD3DFont::~CD3DFont(void)
{
}

bool CD3DFont::LoadFont(char *fontName, UINT fontSize)
{
    // 生成D3DXFONT_DESC结构体并初始化
    D3DXFONT_DESC d3dxFont;
    ZeroMemory(&d3dxFont,sizeof(d3dxFont));
    _tcscpy(d3dxFont.FaceName,fontName);
    d3dxFont.Width = fontSize;  
    d3dxFont.Height = fontSize * 2; 
    d3dxFont.Weight = 100;
    d3dxFont.Italic = false;
    d3dxFont.CharSet = DEFAULT_CHARSET;
    // 创建字体对象
    if(FAILED(D3DXCreateFontIndirect(m_pDevice,&d3dxFont,&m_pFont))){
        return false;    
    }
    return true;
}

void CD3DFont::Release()
{
    ReleaseCOM(m_pFont);
}

接下来，为我们先前构造的CD3DSprite添加几个重载函数，赋予其绘制字体的能力：

D3DSprite.h

public:
    void DrawText(
        CD3DFont* pFont,                     // 字体对象
        char *szString,                      // 文字内容
        RECT &DesRect,                       // 目标区域
        DWORD AlignFormat,                   // 对齐格式
        D3DCOLOR Color);                     // 字体颜色
    void DrawText(
        CD3DFont* pFont, 
        char *szString, 
        RECT &DesRect, 
        D3DCOLOR Color = D3DXCOLOR_WHITE);
    void DrawText(
        CD3DFont *pFont, 
        char *szString, 
        D3DXVECTOR2 &Pos,                    // 字体位置
        D3DCOLOR Color = D3DXCOLOR_WHITE);

D3DSprite.cpp

void CD3DSprite::DrawText(CD3DFont *pFont, char *szString, RECT &DesRect, D3DCOLOR Color)
{
    DrawText(pFont, szString, DesRect, DT_TOP|DT_LEFT, Color);
}

void CD3DSprite::DrawText(CD3DFont *pFont, char *szString, D3DXVECTOR2 &Pos, D3DCOLOR Color)
{
    RECT DesRect;
    DesRect.left = Pos.x;
    DesRect.top = Pos.y;
    DesRect.right = pFont->GetFontArea().right;
    DesRect.bottom = pFont->GetFontArea().bottom;
    DrawText(pFont, szString, DesRect, Color);
}

void CD3DSprite::DrawText(CD3DFont* pFont, char *szString, RECT &DesRect, DWORD AlignFormat, D3DCOLOR Color)
{
    pFont->GetFontHandle()->DrawText(m_pSprite, szString, -1, &DesRect, AlignFormat, Color);
}

看到这里，大家可能会觉得奇怪。由第三个重载函数我们不难看出：最终的DrawText调用方依然是ID3DXFont接口对象，那么为什么我们要将字体绘制的功能封装到CD3DSprite对象中呢？

由DirectX说明文档可知，ID3DXFont.DrawText函数的第一个参数是一个宿主ID3DXSprite接口对象，尽管允许其为空，但要想实现更高效率的字体绘制，则我们需要指定一个专属的ID3DXSprite接口对象。

从Xna的SpriteBatch对象封装的手法上，我们可以略微看出端倪，尽管巧合的几率更大些，但各种因素促使我们有理由这么做~

实现字体绘制功能之后，我们再来实现一个可以统计游戏运行效率的计时装置。

FPS 即 Frames Per Second(每秒传输帧数)，是我们用于测算游戏运行效率的通用标准。如果游戏在执行密集型计算或大批量渲染时，FPS值依然能达到一个正常标准(通常为60帧/s)，则说明我们的游戏运行效率良好。

下面就来看这个游戏计时器的实现及使用方法：

/*-------------------------------------

代码清单：GameTime.h
来自：http://www.cnblogs.com/kenkao

-------------------------------------*/

#include <stdio.h>
#include "mmsystem.h"

#pragma once

class CGameTime
{
public:
    CGameTime(void);
    ~CGameTime(void);
public:
    void Start();     // 游戏计时器启动
    void Tick();      // 游戏计时器心跳(每次Update时调用一次)
    void Stop();      // 游戏计时器停止
public:
    float GetTotalTicks()     {return m_totalTicks;}          // 获得系统启动时间
    float GetTotalGameTime()  {return m_totalGameTime;}       // 获得游戏运作时间
    float GetElapsedGameTime(){return m_elapsedGameTime;}     // 获得单帧时间差
public:
    void  CalcFPS();                                          // 计算FPS(每次Update时调用一次)(需显式调用，默认不执行)
    char* ShowFPS()           {return m_strFPS;}              // 显示FPS(字符串)
    float GetFPS()            {return m_FPS;}                 // 获得FPS(float数值)
private:
    float m_totalTicks;          // 系统启动时间
    float m_totalGameTime;       // 游戏运作时间
    float m_elapsedGameTime;     // 单帧运作时间
    float m_previousTicks;       // 前次时间戳
    float m_startTicks;          // 启动时间戳
    DWORD m_FrameCnt;            // 帧总数(计算FPS辅助变量)
    float m_TimeElapsed;         // 消耗时间(计算FPS辅助变量)
    float m_FPS;                 // FPS值
    char  m_strFPS[13];          // FPS串
};

/*-------------------------------------

代码清单：GameTime.cpp
来自：http://www.cnblogs.com/kenkao

-------------------------------------*/

#include "StdAfx.h"
#include "GameTime.h"

#pragma comment(lib, "winmm.lib")

CGameTime::CGameTime(void) : m_totalTicks(0.0f),
                             m_totalGameTime(0.0f),
                             m_elapsedGameTime(0.0f),
                             m_previousTicks(0.0f),
                             m_startTicks(0.0f),
                             m_FrameCnt(0),
                             m_TimeElapsed(0.0f),
                             m_FPS(0.0f)
{
    // 初始FPS串
    char* strFPS = "FPS:0000000\0";
    memcpy(m_strFPS,strFPS,13);
}

CGameTime::~CGameTime(void)
{
}

void CGameTime::Start()
{
    // 计时器启动时先捕捉起始时间戳及前次时间戳
    m_startTicks = (float)timeGetTime();
    m_previousTicks = m_startTicks;
}

void CGameTime::Tick()
{
    // 每次心跳时更新系统时间戳
    m_totalTicks = (float)timeGetTime();
    // 单帧时间差 = 系统时间戳 - 前次时间戳
    m_elapsedGameTime = m_totalTicks - m_previousTicks;
    // 游戏运作时间 = 系统时间戳 - 起始时间戳
    m_totalGameTime = m_totalTicks - m_startTicks;
    // 更新前次时间戳
    m_previousTicks = m_totalTicks;
}

void CGameTime::Stop()
{
    // 计时器停止时全部变量归0
    m_totalTicks = 0.0f;
    m_totalGameTime = 0.0f;
    m_elapsedGameTime = 0.0f;
    m_previousTicks = 0.0f;
    m_startTicks = 0.0f;
    m_FrameCnt = 0;
    m_TimeElapsed = 0.0f;
    m_FPS = 0.0f;
}

void CGameTime::CalcFPS()
{
    // 帧数递增
    m_FrameCnt++;
    // 累计时间递增
    m_TimeElapsed += m_elapsedGameTime;
    // 当累计时间超过1秒时
    if(m_TimeElapsed >= 1000.0f)
    {
        // FPS测算
        m_FPS = (float)m_FrameCnt * 1000.0f / m_TimeElapsed;
        sprintf(&m_strFPS[4], "%f", m_FPS);
        m_strFPS[12] = '\0';
        // 处理累计时间及帧数
        m_TimeElapsed -= 1000.0f;
        m_FrameCnt    = 0;
    }
}

很显然，CGameTime的Start和Stop是超越了游戏主循环的，而这部分对CD3DGame而言是透明的，我们需要将CGameTime部分相关代码放置到Win32App的默认代码中：

int APIENTRY _tWinMain(HINSTANCE hInstance,
                     HINSTANCE hPrevInstance,
                     LPTSTR    lpCmdLine,
                     int       nCmdShow)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(hPrevInstance);
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpCmdLine);

     // TODO: 在此放置代码。
    MSG msg;
    HACCEL hAccelTable;

    // 初始化全局字符串
    LoadString(hInstance, IDS_APP_TITLE, szTitle, MAX_LOADSTRING);
    LoadString(hInstance, IDC_KEN3DGAME, szWindowClass, MAX_LOADSTRING);
    MyRegisterClass(hInstance);

    // 执行应用程序初始化:
    if (!InitInstance (hInstance, nCmdShow))
    {
        return FALSE;
    }

    hAccelTable = LoadAccelerators(hInstance, MAKEINTRESOURCE(IDC_KEN3DGAME));

    LoadContent();
    ZeroMemory(&msg, sizeof(MSG));

    // 声明游戏计时器对象，该对象随入口方法的结束而自动释放(生命周期终止)
    CGameTime GameTime;
    // 计时器随主循环的启动而启动
    GameTime.Start();
    while(msg.message != WM_QUIT) {
        if(PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE)) {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);
        }
        // 计时器心跳
        GameTime.Tick();
        Update(&GameTime);
        Draw(&GameTime);
    }
    // 计时器随主循环的停止而停止
    GameTime.Stop();
    UnloadContent();
    Dispose();

    return (int) msg.wParam;
}

以上为变更之后的Win32入口函数。我们可以看到CD3DGame的Update和Draw函数参数不再是单纯的float值，而是功能完整的游戏计数器指针。

接下来，我们来看CD3DGame主体代码：

/*-------------------------------------

代码清单：D3DGame.cpp
来自：http://www.cnblogs.com/kenkao

-------------------------------------*/

#include "StdAfx.h"
#include "D3DGame.h"
#include "D3DSprite.h"
#include "SpriteBatch.h"
#include "D3DFont.h"
#include "D3DCamera.h"
#include "BaseTerrain.h"
#include <stdio.h>
#include <time.h>

//---通用全局变量

HINSTANCE  g_hInst;
HWND       g_hWnd;
D3DXMATRIX g_matProjection;
D3DPRESENT_PARAMETERS g_D3DPP;

//---D3D全局变量

IDirect3D9       *g_pD3D           = NULL;
IDirect3DDevice9 *g_pD3DDevice     = NULL;
CMouseInput      *g_pMouseInput    = NULL;
CKeyboardInput   *g_pKeyboardInput = NULL;
CD3DSprite       *g_pSprite        = NULL;
CD3DCamera       *g_pD3DCamera     = NULL;
CBaseTerrain     *g_pBaseTerrain   = NULL;
CSpriteBatch     *g_pSpriteBatch   = NULL;
CD3DFont         *g_pFont          = NULL;
CD3DFont         *g_pFont2         = NULL;

void Initialize(HINSTANCE hInst, HWND hWnd)
{
    g_hInst = hInst;
    g_hWnd  = hWnd;
    InitD3D(&g_pD3D, &g_pD3DDevice, g_D3DPP, g_matProjection, hWnd);
    g_pMouseInput = new CMouseInput;
    g_pMouseInput->Initialize(hInst,hWnd);
    g_pKeyboardInput = new CKeyboardInput;
    g_pKeyboardInput->Initialize(hInst,hWnd);
    srand(time(0));
}

void LoadContent()
{
    g_pD3DCamera = new CD3DCamera;
    g_pSprite = new CD3DSprite(g_pD3DDevice);
    // 声明并加载两种不同的字体
    g_pFont = new CD3DFont(g_pD3DDevice,&g_D3DPP);
    g_pFont->LoadFont("宋体",8);
    g_pFont2 = new CD3DFont(g_pD3DDevice,&g_D3DPP);
    g_pFont2->LoadFont("隶书",16);
}

void Update(CGameTime* gameTime)
{
    // 统计FPS
    gameTime->CalcFPS();
    g_pMouseInput->GetState();
    g_pKeyboardInput->GetState();
    g_pD3DCamera->Update();
    g_pBoundingFrustum->Update(g_pD3DCamera->GetViewMatrix() * g_matProjection);
}

void Draw(CGameTime* gameTime)
{
    g_pD3DDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW,&g_pD3DCamera->GetViewMatrix());
    g_pD3DDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER, D3DCOLOR_RGBA(100,149,237,255), 1.0f, 0);
    if(SUCCEEDED(g_pD3DDevice->BeginScene())) 
    {
        // 开启绘制
        g_pSprite->Begin(D3DXSPRITE_ALPHABLEND);
        // 显示FPS
        g_pSprite->DrawText(g_pFont, gameTime->ShowFPS(), D3DXVECTOR2(100,100), D3DXCOLOR_WHITE);
        // 绘制具体文字
        g_pSprite->DrawText(g_pFont2, "花瓣散落了满地的记忆，拾起来放入口中\r\n细细咀嚼，再也找不回原来的味道…", D3DXVECTOR2(100,200), D3DCOLOR_ARGB(128,0,0,255));
        // 结束绘制
        g_pSprite->End();
        g_pD3DDevice->EndScene();
    }
    g_pD3DDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
}

void UnloadContent()
{
    ReleaseCOM(g_pFont2);
    ReleaseCOM(g_pFont);
    ReleaseCOM(g_pSprite);
}

void Dispose()
{
    ReleaseCOM(g_pKeyboardInput);
    ReleaseCOM(g_pMouseInput);
    ReleaseCOM(g_pD3DDevice);
    ReleaseCOM(g_pD3D);
}

如下效果图：

可能大家会有疑问：只绘制了缪缪几行文字，简单统计一下数据，为什么FPS只有60帧左右呢？

DirectX9.0及之后版本在原有基础上做了改进，我们可以通过D3DPRESENT_PARAMETERS.PresentationInterval认为的控制3D设备的刷新行为。

其中，D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE代表即时刷新；D3DPRESENT_INTERVAL_ONE代表屏幕刷新率标准；D3DPRESENT_INTERVAL_DEFAULT为默认方式，与D3DPRESENT_INTERVAL_ONE接近但FPS稍低。

如我们所知，超出显示器刷新频率的刷新标准没有实际意义，而且会空耗D3D设备性能。因此，如果不是效率极端测试，不建议用D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE，只需用D3DPRESENT_INTERVAL_ONE即可。

除去以上三种标准，剩余的还有D3DPRESENT_INTERVAL_TWO、D3DPRESENT_INTERVAL_THREE、D3DPRESENT_INTERVAL_FOUR，它们不太常用，而且使用方式也不像前三种那样单纯，大家感兴趣可自行翻看DX帮助文档，在此不再赘述。

由于ID3DXFont底层是基于Gdi的，因此虽然功能强大，但却在效率上不被看好。不过由于游戏大都以图形元素为主要表现形式，而文字大都为辅助作用，因此在一般情况下上述方法应该是够用的。

以上，谢谢 ^ ^