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    C# 从零开始写 SharpDx 应用 画三角
    lindexi
    2018-09-30 18:30:14 +0800
    2018-06-23 15:55:27 +0800
    C# D2D DirectX SharpDX Direct2D 渲染

    在当前的画面都是使用三角形,在开始就告诉大家如何画三角,本文告诉大家如何用像素著色器画

    本文是 SharpDX 系列博客,更多博客请点击SharpDX 系列

    C# 从零开始写 SharpDx 应用 初始化dx修改颜色 创建了资源,在这个博客的代码继续写

    顶点

    为了创建三角形,需要使用顶点。顶点就是在 3D 空间的点。通过顶点可以添加数据,很多使用的顶点都使用三个值,就是 xyz 来表示点在三维空间。大家都知道三角形有三个顶点,所以下面来创建三个顶点。

    这里的顶点的范围是 0-1,所以可以使用下面代码创建出顶点

            private Vector3[] _vertices = new Vector3[]
                {new Vector3(-0.5f, 0.5f, 0.0f), new Vector3(0.5f, 0.5f, 0.0f), new Vector3(0.0f, -0.5f, 0.0f)};

    这时会发现 Vector3 没有定义,因为没有安装SharpDX.Mathematics,如果使用的是 VisualStudio 2017 格式,那么复制下面代码放在项目

        <PackageReference Include="SharpDX.Mathematics" Version="3.1.1" />
    

    如果不是就打开 Nuget 安装 SharpDX.Mathematics ,安装之后引用using SharpDX就可以使用这个类

    顶点缓存

    现在的顶点信息放在了内存,因为使用了上面代码创建。但是渲染的对象是在显卡,需要把内存的顶点信息复制到显卡。为了做这个需要使用缓存。在 DX ,可以使用缓存,dx 会自动复制信息到显卡。

    下面使用缓存来存放顶点信息,这样就会在使用信息自动复制到显卡。先写一个私有变量,通过这个变量把信息放在缓存,请看下面

            private D3D11.Buffer _triangleVertexBuffer;
    

    写一个函数用来把 _vertices 转换 _triangleVertexBuffer ,代码很简单

            private void InitializeTriangle()
            {
                _triangleVertexBuffer = D3D11.Buffer.Create<Vector3>(_d3DDevice, D3D11.BindFlags.VertexBuffer, _vertices);
            }

    这个函数需要在构造使用

       
            // 其他被忽略的代码
    
            public KikuSimairme()
            {
                _renderForm = new RenderForm();
                _renderForm.ClientSize = new Size(Width, Height);
    
                InitializeDeviceResources();
    
                InitializeTriangle();
            }
    

    现在使用D3D.Buffer.Create创建新的缓存,这里的Vector3实际可以不需要传。第一个参数 Direct3D 设备就是创建资源的设备,表示缓存会在哪个设备使用。第二个参数就是希望创建的类型,这里写的是顶点缓存,这里用的是 VertexBuffer ,除了这个还有 Constant buffer 和 IndexBuffer 。constant表明了constant buffer中的数据,在一次draw call的执行过程中都是不变的,用来从 CPU 传数据到 GPU。而IndexBuffer是保存索引编号的缓冲区。关于 Constant Buffer 请看Constant Buffer的高效使用,让你码出质量

    注意缓存是需要去掉

            // 其他被忽略的代码
     
            public void Dispose()
            {
                _renderTargetView.Dispose();
                _swapChain.Dispose();
                _d3DDevice.Dispose();
                _d3DDeviceContext.Dispose();
                _renderForm?.Dispose();
    
                _triangleVertexBuffer.Dispose();
            }

    像素着色器

    为了画出三角形,需要使用顶点着色器和像素着色器。

    使用这两个着色器因为顶点着色器负责加工顶点集合,可以用来做变换,如移动旋转顶点。而像素着色器负责每个像素,如何画出每个像素和纹理。

    定义两个私有变量,表示两个着色器

            private D3D11.VertexShader _vertexShader;
            private D3D11.PixelShader _pixelShader;

    创建的着色器需要使用 D3DCompiler 编译着色器文件,编译文件的速度很快

      using SharpDX.D3DCompiler;
            // 其他被忽略的代码
    
          private void InitializeShaders()
            {
                using (var vertexShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("VertexShader.hlsl", "main", "vs_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    _vertexShader = new D3D11.VertexShader(_d3DDevice, vertexShaderByteCode);
                }
                using (var pixelShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("PixelShader.hlsl", "main", "ps_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    _pixelShader = new D3D11.PixelShader(_d3DDevice, pixelShaderByteCode);
                }
            }

    可以从代码发现使用了两个文件,所以接下来就需要创建两个文件,这两个文件使用的是 hlsl 来写,关于 hlsl 不属于本文的内容,所以没有详细告诉大家,建议复制一下代码。这里创建了着色器需要使用下面代码进行设置

            // 其他被忽略的代码
                _d3DDeviceContext.VertexShader.Set(_vertexShader);
                _d3DDeviceContext.PixelShader.Set(_pixelShader);
    
                _d3DDeviceContext.InputAssembler.PrimitiveTopology = PrimitiveTopology.TriangleList;

    现在的 InitializeShaders 方法看起来就是如下

            private void InitializeShaders()
            {
                using (var vertexShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("VertexShader.hlsl", "main", "vs_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    _vertexShader = new D3D11.VertexShader(_d3DDevice, vertexShaderByteCode);
                }
                using (var pixelShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("PixelShader.hlsl", "main", "ps_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    _pixelShader = new D3D11.PixelShader(_d3DDevice, pixelShaderByteCode);
                }
    
                _d3DDeviceContext.VertexShader.Set(_vertexShader);
                _d3DDeviceContext.PixelShader.Set(_pixelShader);
    
                _d3DDeviceContext.InputAssembler.PrimitiveTopology = PrimitiveTopology.TriangleList;
            }

    这里还使用 PrimitiveTopology 设置如何画出来,更多请看Primitive Topologies

    因为用到了两个特殊的文件,现在右击项目添加两个文本。

    然后创建一个文本文件,注意文本的名字,一个是 PixelShader.hlsl 另一个是 VertexShader.hlsl ,需要点击新建项才可以创建文本。为什么需要使用文本,因为这样编译选项就不需要自己选

    现在就创建了两个文件,请看自己的工程是否存在下面两个文件

    现在需要右击两个文件 PixelShader.hlslVertexShader.hlsl 属性,选择输出

    打开 VertexShader.hlsl 并且写入下面代码

     float4 main(float4 position : POSITION) : SV_POSITION
    {
    	return position;
    }

    上面代码就是创建一个 main 函数,写法和 C 差不多,具体的意思在这里不会告诉大家,因为关于这个的写法是很复杂,这里复制就好

    打开 PixelShader.hlsl 输入下面代码

    float4 main(float4 position : SV_POSITION) : SV_TARGET
    {
    	return float4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    }

    这里也不解释代码的意思

    打开 KikuSimairme 类,在构造函数添加 InitializeShaders 初始化

            // 其他被忽略的代码
            public KikuSimairme()
            {
                _renderForm = new RenderForm();
                _renderForm.ClientSize = new Size(Width, Height);
    
                InitializeDeviceResources();
    
                InitializeTriangle();
    
                InitializeShaders();
            }

    而且在清理的时候需要关闭 _vertexShader ,请看代码

            public void Dispose()
            {
               // 其他被忽略的代码
    
                _vertexShader.Dispose();
                _pixelShader.Dispose();
            }

    如果在var pixelShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("PixelShader.hlsl", "main", "ps_4_0", ShaderFlags.Debug)出现 System.IO.FileNotFoundException ,那么就是 PixelShader.hlsl 右击属性没有输出到和 exe 相同的文件夹

    输入层

    现在已经有了顶点缓存和顶点数据。但是 DirectX 同样需要知道数据的结构和每个顶点类型,所以需要使用输入层。创建输入层需要两步,首先需要描述每个顶点,然后从顶点创建输入层。

    因为这里就使用一个顶点集合,所以只需要创建一个输入元素集合

    private D3D11.InputElement[] _inputElements = new D3D11.InputElement[] 
    {
        new D3D11.InputElement("POSITION", 0, Format.R32G32B32_Float, 0)
    };

    这里的 POSITION 可以在 shader 的代码被识别,这个字符串就是语义,用于匹配输入的材质的签名。第二个参数 0 就是语义槽的使用,表示使用哪个,在有多个POSITION 语义的例子才使用。第三个参数就是数据的类型,使用的元素是包括三个浮点数,所以使用 Float ,还记得为什么是三个浮点数?原因在三维的空间使用三个浮点数可以表示一个点。

    在刚才的初始化函数获取签名,通过编译的代码

               // 其他被忽略的代码
            private void InitializeShaders()
            {
                ShaderSignature inputSignature;
                using (var vertexShaderByteCode = ShaderBytecode.CompileFromFile("VertexShader.hlsl", "main", "vs_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    inputSignature = ShaderSignature.GetInputSignature(vertexShaderByteCode);
                   // 其他被忽略的代码
                }
    
               // 其他被忽略的代码
    
            }

    创建输入层的私有变量,创建输入层需要输入签名和输入元素

         private D3D11.InputLayout _inputLayout;
            private ShaderSignature _inputSignature;
    
            private void InitializeShaders()
            {
                using (var vertexShaderByteCode =
                    ShaderBytecode.CompileFromFile("VertexShader.hlsl", "main", "vs_4_0", ShaderFlags.Debug))
                {
                    _inputSignature = ShaderSignature.GetInputSignature(vertexShaderByteCode);
                    _vertexShader = new D3D11.VertexShader(_d3DDevice, vertexShaderByteCode);
                }
    
                _inputLayout = new D3D11.InputLayout(_d3DDevice, _inputSignature, _inputElements);
                _d3DDeviceContext.InputAssembler.InputLayout = _inputLayout;
    
               // 其他被忽略的代码
                
            }

    创建的代码第一个参数就是刚才使用的 D3D 设备,第二个就是刚才的输入签名,最后一个就是输入元素。

    这里创建了一个私有变量,最后还是需要去掉他

            public void Dispose()
            {
               // 其他被忽略的代码
    
                _inputLayout.Dispose();
                _inputSignature.Dispose();
            }

    设置 ViewPort

    在开始画之前需要先设置 ViewPort ,在 DirectX 使用的坐标是 Normalized Device Coordinates 左上角是 $-1,-1$,右下角是 $1,1$ ,创建私有变量用来放 ViewPort 代码

          private Viewport _viewport;
    
            private void InitializeDeviceResources()
            {
               // 其他被忽略的代码
    
                _viewport = new Viewport(0, 0, Width, Height);
                _d3DDeviceContext.Rasterizer.SetViewport(_viewport);
            }

    画出顶点

    在 Draw 画出顶点

            private void Draw()
            {
                _d3DDeviceContext.OutputMerger.SetRenderTargets(_renderTargetView);
                _d3DDeviceContext.ClearRenderTargetView(_renderTargetView, ColorToRaw4(Color.Coral));
    
                _d3DDeviceContext.InputAssembler.SetVertexBuffers(0,
                    new D3D11.VertexBufferBinding(_triangleVertexBuffer, Utilities.SizeOf<Vector3>(), 0));
                _d3DDeviceContext.Draw(_vertices.Length, 0);
    
                _swapChain.Present(1, PresentFlags.None);
    
                RawColor4 ColorToRaw4(Color color)
                {
                    const float n = 255f;
                    return new RawColor4(color.R / n, color.G / n, color.B / n, color.A / n);
                }
            }

    上面代码 SetVertexBuffers 是告诉 _d3DDeviceContext 使用顶点缓存,第二个参数就是告诉每个顶点的长度

    使用 _d3DDeviceContext.Draw 可以从顶点缓存画出,第二个参数就是指定画出的偏移,从那个顶点开始画,第一个参数是画多少个。如输入 3,2 就是从第2个开始画三个

    运行代码

    参见:SharpDX Beginners Tutorial Part 4: Drawing a triangle - Johan Falk

    更多博客请看 SharpDX 系列

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