（转）【D3D11游戏编程】学习笔记五：D3D11初始化

（转）【D3D11游戏编程】学习笔记五：D3D11初始化
（注：【D3D11游戏编程】学习笔记系列由CSDN作者BonChoix所写，转载请注明出处：http://blog.csdn.net/BonChoix，谢谢~）

       初次使用D3D11，先从它的初始化开始。不过在使用D3D之前，需要了解几个重要的概念：

       1. 硬件能力：Hardware Capacity

       熟悉D3D9的会很清楚，在初始化d3d9的一开始需要做的就是检测硬件的能力，以了解该用户机器支持哪些d3d特性，哪些不支持，以在运行期合理的调用API。除非使用d3d自带的“软件渲染引擎”，否则试图使用硬件不支持的特性是会出错的。但是在d3d11中，检测硬件能力这一步不再有必要。这对程序员来说省了一点功夫，但是额外的要求是，该硬件必须支持d3d11的全部特性！因此实际上，d3d11应用程序对硬件的要求更苛刻了。

       2. 数据格式

       D3D应用程序中，无论是纹理图片，还是创建的缓冲区，都有着特定的数据格式。D3D11支持有限的数据格式，以枚举变量形式存在，如下几种：

       DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT: 3个32位单精度符点数组成，比如用于代表三维空间坐标，以及24位颜色；

       DXGI_FORMAT_R16G16B16A16_UNORM: 4个16位数组成，每个成员位于[0,1.0f]之间，UNORM意指：unsigned normalized，即无符号，且归一化的；

       DXGI_FORMAT_R32G32_UINT：2个32位数组成，每个成员为无符号整型(unsigned int)；

       DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM：4个8位数组成，每个成员为[0,1.f]之间；

       DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SNORM：4个8位数组成，每个成员为[-1.0f, 1.0f]之间，SNORM意指：signed normalized；

       DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_SINT：4个8位数组成，每个成员为有符号整型；

       此外还有很多其他类型的数据格式，熟悉各部分的意义后对任何类型可以很快从名字中得知其意思，也很容易写出指定意义的数据格式对应的枚举变量。数据格式在程序中使用相当频繁，因此很有必要提前熟悉该枚举类型变量的特点。

       3. DXGI

       DXGI，即DirectX Graphics Infrastructure，是从d3d10开始出现的，封装了一些d3d底层、基础的机制，包括数据格式定义、交换链(SwapChain)，枚举设备类型及检测设备信息等。由于这些机制适合于任何一代的D3D接口，而跟特定的d3d特性无关，更新远不及其他d3d特性频繁，因此微软把这些从direct3d中单独分离了出来。这部分对应的枚举变量及函数等都以DXGI开头。

       4. 交换链：SwapChain

       交换链不是d3d11特有的性质，而是任何2D、3D计算机动画最基本的机制之一。为了实现平滑的动画，至少需要两个缓冲区，一个前缓冲区用于显示，一个后缓冲区用于下一帧的绘制，每次绘制完一帧后通过交换前、后缓冲区对应的指针来显示新一帧，并在之前的前缓冲区（当前的后缓冲区）上开始继续绘制下一帧。交换链可以有3个或者更多缓冲欧，但绝大多数情况下，2个已经足够了。在d3d11中交换链对应的接口为IDXGISwapChain。

       5. 深度/模板缓冲区：Depth/Stencil Buffer

       深度缓冲区是与交换链缓冲区大小完全一样的一块显存区域，即每个像素在深度缓冲区中对应相应的位置。在渲染管线的最终的混合阶段（Output Merger Stage），每个片段（Fragment）都有一个深度值z，与深度缓冲区对应位置上的深度相比较，如果该片段z更小，则绘制该片段，并覆盖当前的尝试值，否则抛弃该片段。该缓冲区主要用于实现投影在屏幕上同一位置、远近不同的物体之间相同的遮挡效果。此外，灵活配置尝试缓冲区，可以实现很多种高级特效。

       模板缓冲区与深度缓冲区共享同一块区域，每个深度值处对应一个模板值，模板值主要用于实现一些高级的特效，比如平面反射、阴影等。利用深度、模板缓冲区的不同的configuration实现各种特效在后面会有详细介绍的。

       6. 视图（View）

       视图是D3D11中的最重要的概念之一。以纹理为例，一个纹理可以被绑定到3D渲染管线的不同阶段以实现不同的用途。比如常见的纹理图片（d3d11中叫Shader Resource），另一方面也可用于渲染对象（Render Target），充当交换链中的缓冲区，用于绘制场景。同一个纹理可以同时被绑定到多个管线阶段（Dynamic Cube Mapping就是一个例子，后面会专门介绍），但在创建该纹理资源时需要指定其绑定的类型(Bind Flags)，比如上述例子，绑定类型要指定为:D3D11_BIND_RENDER_TARGET | D3D11_SHADER_RESOURCE。

       实际上，在d3d11中，绑定到管线某阶段的并不是纹理资源本身，而是对应的“视图”。对于使用该纹理的每一种方式，我们分别创建相应的视图，然后把视图绑定到管线特定的阶段。D3D11中针对每种视图相应的接口为：ID3D11ShaderResourceView和ID3D11RenderTargetView、ID3D11DepthStencilView。使用视图的具体细节在后面的过程中会慢慢体会到。

       7. 多重采样抗锯齿:Multisampling Atialiasing

       针对光栅化显示器抗锯齿的方法有多种，在d3d中采用的多重采样方法。即在每个像素点内部，设置多个采样点，绘制多边形边缘时，针对每个采样点判断是否被多边形覆盖，最终的颜色值从采样点中取均值，以对多边形的边缘进行“模糊化"，从而减轻锯齿效果。如下图所示，这是一个4重采样的例子，该像素最终的颜色值是多边形本身颜色值的3/4：

支持d3d11的硬件全部支持4重采样，因此我们在后面的程序中将普遍使用4个采样点。在d3d11中通过结构DXGI_SAMPLE_DESC来设置多重采样，其定义如下：
[cpp] view plain copy
1. typedef struct DXGI_SAMPLE_DESC {
2. UINT Count;
3. UINT Quality;
4. } DXGI_SAMPLE_DESC, *LPDXGI_SAMPLE_DESC;
Count为我们设置的采样的个数，Quality为机器支持的不同的等级，初始化过程中我们会对Quality进行检测。

注意Multisampling区别于super sampling的关键点：不同采样点是分别计算颜色值（super sampling）还是共享同一颜色值（Multisampling)。详细情况有很多参考书介绍。

8. 特征等级：Feature Level

特征等级定义了一系列支持不同d3d功能的相应的等级，用意即如果一个用户的硬件不支持某一特征等级，程序可以选择较低的等级，以确保正确地运行。d3d11中定义了如下几个等级以代表不同的d3d版本：
[cpp] view plain copy
1. typedef enum D3D_FEATURE_LEVEL {
2. D3D_FEATURE_LEVEL_9_1 = 0x9100,
3. D3D_FEATURE_LEVEL_9_2 = 0x9200,
4. D3D_FEATURE_LEVEL_9_3 = 0x9300,
5. D3D_FEATURE_LEVEL_10_0 = 0xa000,
6. D3D_FEATURE_LEVEL_10_1 = 0xa100,
7. D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 = 0xb000
8. } D3D_FEATURE_LEVEL;
在初始化过程中，我们可以提供一组不同的特征等级，程序会从第一个开始逐个检测，碰到第一个合适的来创建设备。因此我们在数组中从高到低放置特征等级提供给初始化程序。



       OK，重要的概念就是这些，现在开始初始化D3D~

       D3D11的初始化主要有以下几个步骤：

       1. 创建设备ID3D11Device和设备上下文ID3D11DeviceContext；

       2. 检测多重采样支持的等级：CheckMultisampleQualityLevels

       3. 创建交换链

       4. 创建RenderTargetView

       5. 创建DepthStencilView

       6. 把上述两个视图绑定到渲染管线相应的阶段

       7. 设置Viewport

       下面从第一步开始：

       1. 创建设备及上下文：

       函数原型如下：
[cpp] view plain copy
1. HRESULT D3D11CreateDevice(
2. __in IDXGIAdapter *pAdapter,
3. __in D3D_DRIVER_TYPE DriverType,
4. __in HMODULE Software,
5. __in UINT Flags,
6. __in const D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevels,
7. __in UINT FeatureLevels,
8. __in UINT SDKVersion,
9. __out ID3D11Device **ppDevice,
10. __out D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevel,
11. __out ID3D11DeviceContext **ppImmediateContext
12. ;
       pAdapter来选择相应的图形适配器，设为NULL以选择默认的适配器；

       DriverType设置驱动类型，一般毫无疑问选择硬件加速，即D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE，此时下一个参数就是NULL；

       Flags为可选参数，一般为NULL，可以设为D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG、D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED，或两者一起，前者让要用于调试时收集信息，后者在确定程序只在单线程下运行时设置为它，可以提高性能；

       pFeatureLevels为我们提供给程序的特征等级的一个数组，下一个参数为数组中元素个数；

       SDKVersion恒定为D3D11_SDK_VERSION；

       ppDevice为设备指针的地址，注意设备是指针类型，这里传递的是指针的地址（二维指针，d3d程序中所有的接口都声明为指针类型！）；

       pFeatureLevel为最后程序选中的特征等级，我们定义相应的变量，传递它的地址进来；

       ppImmediateContext为设备上下文指针的地址，要求同设备指针。

       创建设备代码如下：
[cpp] view plain copy
1. ID3D11Device *d3dDevice(NULL);
2. ID3D11DeviceContext *deviceContext(NULL);
3. D3D_FEATURE_LEVEL featureLevels[6] = {
4. D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,
5. D3D_FEATURE_LEVEL_10_1,
6. D3D_FEATURE_LEVEL_10_0,
7. D3D_FEATURE_LEVEL_9_3,
8. D3D_FEATURE_LEVEL_9_2,
9. D3D_FEATURE_LEVEL_9_1};
10. D3D_FEATURE_LEVEL curLevel;
11. D3D11CreateDevice(
12. 0, //默认适配器
13. D3D_DEVICE_TYPE_HARDWARE, //硬件加速设备类型
14. 0,
15. 0,
16. featureLevels, 6,
17. D3D11_SDK_VERSION,
18. &d3dDevice,
19. &curLevel,
20. &deviceContext);
创建完即可检测多重采样（我们只用4重采样）的等级：
[cpp] view plain copy
1. m_d3dDevice->CheckMultisampleQualityLevels(DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM,4,&x4MsaaQuality);
2. 创建交换链

交换链性质通过如下结构指定：
[cpp] view plain copy
1. typedef struct DXGI_SWAP_CHAIN_DESC {
2. DXGI_MODE_DESC BufferDesc;
3. DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc;
4. DXGI_USAGE BufferUsage;
5. UINT BufferCount;
6. HWND OutputWindow;
7. BOOL Windowed;
8. DXGI_SWAP_EFFECT SwapEffect;
9. UINT Flags;
10. } DXGI_SWAP_CHAIN_DESC;
       BufferDesc指定后缓冲区有关特性；

       SampleDesc指定多重采样，前面说过；

       BufferUsage，对于交换链，为DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT；

       BufferCount：我们只创建一个后缓冲区（双缓冲），因此为1；

       OutputWindow：指定窗口句柄，Win32程序初始化完创建的主窗口；

       Windowed：是否全屏；

       DXGI_SWAP_EFFECT：通常为DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD；

       Flags：可选，我们设为0；

DXGI_MODE_DESC结构定义如下：
[cpp] view plain copy
1. typedef struct DXGI_MODE_DESC {
2. UINT Width;
3. UINT Height;
4. DXGI_RATIONAL RefreshRate;
5. DXGI_FORMAT Format;
6. DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER ScanlineOrdering;
7. DXGI_MODE_SCALING Scaling;
8. } DXGI_MODE_DESC, *LPDXGI_MODE_DESC;
       Width、Height为缓冲区大小，一般设为主窗口大小；

       Format为缓冲区类型，一般作为渲染对象缓冲区类型为DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM；

       其他参数一般为固定的，参见代码。

       此外，创建交换链需要获得接口IDXGIFactory，过程是固定的，创建交换链代码如下：
[cpp] view plain copy
1. DXGI_SWAP_CHAIN_DESC scDesc = {0}; //填充结构，设置交换链相当属性
2. scDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM; //缓冲区数据格式
3. scDesc.BufferDesc.Width = 640; //缓冲区大小
4. scDesc.BufferDesc.Height = 480;
5. scDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60; //刷新率，一般这样设定即可
6. scDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
7. scDesc.BufferDesc.Scaling = DXGI_MODE_SCALING_UNSPECIFIED; //固定参数
8. scDesc.BufferDesc.ScanlineOrdering = DXGI_MODE_SCANLINE_ORDER_UNSPECIFIED; //固定参数
9. scDesc.BufferCount = 1; //缓冲区个数
10. scDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT; //Usage为Render Target Output
11. scDesc.Flags = 0;
12. scDesc.OutputWindow = m_hWnd; //主窗口句柄
13. scDesc.SampleDesc.Count = 4; //4个采样点
14. scDesc.SampleDesc.Quality = x4MsaaQuality-1; //4重采样支持等级
15. scDesc.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD; //常用参数
16. scDesc.Windowed = true; //窗口模式
18. //通过如下三步获得接口IDXGIFactory，来创建交换链
19. IDXGIDevice *pDxgiDevice(NULL);
20. m_d3dDevice->QueryInterface(__uuidof(IDXGIDevice),reinterpret_cast<void**>(&pDxgiDevice));
21. IDXGIAdapter *pDxgiAdapter(NULL);
22. pDxgiDevice->GetParent(__uuidof(IDXGIAdapter),reinterpret_cast<void**>(&pDxgiAdapter));
23. IDXGIFactory *pDxgiFactory(NULL);
24. pDxgiAdapter->GetParent(__uuidof(IDXGIFactory),reinterpret_cast<void**>(&pDxgiFactory));
25. pDxgiFactory->CreateSwapChain(d3dDevice,&scDesc,&swapChain);
27. //释放接口
28. SafeRelease(pDxgiFactory);
29. SafeRelease(pDxgiAdapter);
30. SafeRelease(pDxgiDevice);
3. 创建RenderTargetView

D3D11中创建视图需要对应的资源，这里先获取后缓冲区地址，作为参数创建相应的视图：
[cpp] view plain copy
1. ID3D11Texture2D *backBuffer(NULL);
2. //获取后缓冲区地址
3. swapChain->GetBuffer(0,__uuidof(ID3D11Texture2D),reinterpret_cast<void**>(&backBuffer));
4. //创建视图
5. d3dDevice->CreateRenderTargetView(backBuffer,0,&m_renderTargetView);
6. //释放后缓冲区引用
7. backBuffer->Release();
CreateRenderTargetView函数原型如下：
[cpp] view plain copy
1. HRESULT CreateRenderTargetView(
2. ID3D11Resource *pResource, //视图对应资源
3. const D3D11_RENDER_TARGET_VIEW_DESC *pDesc, //视图描述
4. ID3D11RenderTargetView **ppRTView //要创建的视图（指针的地址）
5. );
       d3d11中创建视图时需要用到视图的描述（第二个参数），但如果视图对应的资源类型已知，则一般不再需要描述，设为NULL。这里后缓冲区在创建时类型已给出（DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM），因此这里不需要视图描述。资源创建时也可以指定为无类型（TYPELESS），在不同阶段以不同的类型进行解释，这时创建视图时就需要视图描述明确说明类型。
       4. 创建深度、模板缓冲区及对应视图

       创建缓冲区要即创建一个2维纹理，ID3D11Texture2D，创建它需要先给出描述D3D11_TEXTURE2D_DESC。定义如下：
[cpp] view plain copy
1. typedef struct D3D11_TEXTURE2D_DESC {
2. UINT Width;
3. UINT Height;
4. UINT MipLevels; //这里不需要mipmap，设为1
5. UINT ArraySize; //纹理数组才用，这里为1
6. DXGI_FORMAT Format; //数据格式，一般为DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT,24位用于深度，8位用于模板
7. DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc; //多重采样，如前，前后务必保持一致！
8. D3D11_USAGE Usage; //Usage，对于只让GPU读、写，应为D3D11_USAGE_DEFAULT
9. UINT BindFlags; //绑定类型，为D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL
10. UINT CPUAccessFlags; //CPU不可访问，设为0
11. UINT MiscFlags; //设为0
12. } D3D11_TEXTURE2D_DESC;
创建视图类型DepthStencilView，代码如下：
[cpp] view plain copy
1. D3D11_TEXTURE2D_DESC dsDesc;
2. dsDesc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
3. dsDesc.Width = 640;
4. dsDesc.Height = 480;
5. dsDesc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
6. dsDesc.MipLevels = 1;
7. dsDesc.ArraySize = 1;
8. dsDesc.CPUAccessFlags = 0;
9. dsDesc.SampleDesc.Count = 4;
10. dsDesc.SampleDesc.Quality = x4MsaaQuality-1;
11. dsDesc.MiscFlags = 0;
12. dsDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
13. d3dDevice->CreateTexture2D(&dsDesc,0,&depthStencilBuffer);
14. d3dDevice->CreateDepthStencilView(depthStencilBuffer,0,&depthStencilView);
创建完两个视图后当然就要绑定到渲染管线上去啦：
[cpp] view plain copy
1. deviceContext->OMSetRenderTargets(1,&renderTargetView,depthStencilView);
该函数原型如下：
[html] view plain copy
1. void OMSetRenderTargets(
2. [in] UINT NumViews, //RenderTarget个数，我们一般只用一个
3. [in] ID3D10RenderTargetView *const *ppRenderTargetViews, //RenderTarget数组，只一个，所以直接传其地址即可
4. [in] ID3D10DepthStencilView *pDepthStencilView //DepthStencil view
5. );
最后设置viewport，很简单，D3D11_VIEWPORT定义如下：
[cpp] view plain copy
1. typedef struct D3D11_VIEWPORT {
2. FLOAT TopLeftX; //视口左上角在屏幕上x坐标，一般视口占满屏幕的，所以为0
3. FLOAT TopLeftY; //y坐标，同上
4. FLOAT Width; //视口宽度，一般与后缓冲区一致，以保持图像不变形
5. FLOAT Height; //高度，同上
6. FLOAT MinDepth; //最小深度值：0.0f
7. FLOAT MaxDepth; //最大深度值：1.0f
8. } D3D11_VIEWPORT;
设置视口代码：
[cpp] view plain copy
1. D3D11_VIEWPORT viewPort;
2. viewPort.Width = static_cast<FLOAT>(clientWidth);
3. viewPort.Height = static_cast<FLOAT>(clientHeight);
4. viewPort.MaxDepth = 1.f;
5. viewPort.MinDepth = 0.f;
6. viewPort.TopLeftX = 0.f;
7. viewPort.TopLeftY = 0.f;
8. deviceContext->RSSetViewports(1,&viewPort);
Voila，初始化过程全部完成！

下面就可以进入主循环渲染函数绘制场景了，这次我们暂时什么也不画，只是简单地把屏幕清空为随意指定的颜色：
[cpp] view plain copy
1. XMVECTORF32 color = {0.f, 1.f, 0.f, 1.6f};
2. g_deviceContext->ClearRenderTargetView(g_renderTargetView,reinterpret_cast<float*>(&color));
3. g_deviceContext->ClearDepthStencilView(g_depthStencilView,D3D11_CLEAR_DEPTH|D3D11_CLEAR_STENCIL,1.f,0);
5. g_swapChain->Present(0,0);
       每帧开始渲染时，先清空RenderTargetView和深度缓冲区，然后就是全屏渲染内容了。绘制完整个场景后，最后调用让交换链Present来交换前后缓冲区，以显示新的一帧。清空RenderTarget很简单，把相应视图传进来，并给定任意背景颜色（4个float的数组，这里适合用XMVECTORF32）即可。对于清空深度、模板缓冲区，第一个参数一目了然，第二个用来指定清空的内容参数，一般我们要同时清空深度和模板，因此用两个枚举变量求并，最后两个参数分别指定清空深度和模板的默认值，深度清空为1.0f（最大），模板一般清空为0，就这样。


       整个过程就结束啦，配合上次中的Win32程序，现在已经是一个完整的、可工作的d3d程序了，显示的即为一个空白的指定颜色的窗口。初始化程序就是这样，一个最简单的d3d应用程序。以后慢慢开始渲染更加炫丽的场景~

       这次完整的初始化程序源代码如下：

       D3D11完整初始化代码
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