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プログラミング、3DCGとその他いろいろについて

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C#でOpenCL入門 チュートリアルその１ プラットフォーム

 ググッてみたところOpenCLの入門というかサンプルは数が少ないようなので
自分で書いたコードをメモしておきます。

OpenCLはGPUを使って並列計算をしようというフレームワークです。
今まで3DCGを描くことくらいにしか使っていなかったハードウェアを、並列計算にも応用してやろうというあれです。
類似の技術にMSのコンピュートシェーダーやATI Stream、NVIDIA CUDAがあります。
このうちコンピュートシェーダーはこのブログでも以前取り上げましたね。

OpenCLはクロノスグループという団体が関わっているようです。
C言語やC++でのインターフェースが決められています。
MSではないので、当然のごとくC#からは簡単には使えません。
P/Invokeを通して使う必要があります。
せっかくなのでここではC#から使ってみます。
インストール

いくつかのメーカーからのSDKがあるとおもうのですが、ここでは例としてAMDのものを紹介します。
amdPage.JPG

Overviewの下の方にdownload hereというのがあるのでそこをクリック

amdDownloadPage.JPG
ダウンロードのリンクが出てきます。
ダウンロードした後はインストーラを起動します。

プラットフォーム

今回はプラットフォームをプログラムから操作する方法をメモします。
GPUを動かして計算するのはまた次回以降で。

OpenCLを使うには、GPUが必要です。
正確に言うとCPUでもいいのですが、普通はGPUです。
GPUのメーカーがOpenCLに対応した環境を用意しています。
それがOpenCLで言うプラットフォームです。
次のようなものがあります。

NVIDIA CUDA
AMD Accelerated Parallel Processing

NVIDIAのGPUを使っている人は「NVIDIA CUDA」というプラットフォームがあるでしょう（インストールすれば）。
AMDのGPUを使っている人は「AMD Accelerated Parallel Processing」というプラットフォームがあるでしょう（インストールすれば）。
私は一つのパソコンに２つ両方を使っているので（これは本当はいけないことなのかもしれませんが）、上の２つが両方共ありました。

どういうプラットフォームがインストールされているのか確かめる方法ですが、それにはプログラムから調べます。
（もっと簡単な方法もありそうな気もしますが）

インストールされたプラットフォームは、clGetPlatformIDs関数を使って取得します。
参考

cl_int clGetPlatformIDs(
    cl_uint num_entries,
    cl_platform_id *platforms,
    cl_uint *num_platforms
    );

cl_XXXというのはOpenCLが定義している型です。
cl_は無視してXXXだけ見ると意味が取れます。
たとえばcl_intは実はただのintです。

引数は３つあります。
num_entriesはplatforms配列の長さ。platformsがNULLでないならば、この値は0より大でなければいけません。
platformsは、取得するプラットフォームを格納する配列。NULLならば無視されます。必要な配列の長さはnum_platformsで取得できます。
num_platformsは、存在するプラットフォームの数を返します。NULLならば無視されます。

戻り値は３つのうちの一つです。

名前 数値 説明
CL_SUCCESS 0 関数が成功しました。
CL_INVALID_VALUE -30 関数が失敗しました。num_entriesが0で、platformsがNULLではありません。あるいはnum_platformsとplatformsの両方がNULLです。
CL_OUT_OF_HOST_MEMORY -6 メモリが足りません。


プラットフォームの個数を取得する

まずはclGetPlatformIDsの簡単な使い方から見てみましょう。
次のようにすると、パソコンにインストールされているOpenCLプラットフォームの個数を取得できます。

Program.cs 
using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int platformCount = 0;
        OpenCLFunctions.clGetPlatformIDs(0, null, out platformCount);
        Console.WriteLine(platformCount);
    }
}
 

OpenCLFunctions.cs
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

static class OpenCLFunctions
{
    [DllImport("OpenCL.dll")]
    public static extern int clGetPlatformIDs(int entryCount, IntPtr[] platforms, out int platformCount);
}
 

実行結果は環境によって異なります。
普通は「１」でしょうが、私の環境では「２」になりました。
NVIDIAとAMDのGPU両方がついており、両方の環境がインストールされているからです。
（「１」が普通です。「２」にならないからと言って心配しなくても構いません）

プラットフォームを取得する

プラットフォーム（のID）そのものを取得するには次のようにします。
上で取得した個数を元に、その長さの配列を用意し、それを引数として渡すのです。

Program.cs
using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        foreach (var platform in getPlatforms())
        {
            Console.WriteLine(platform);
        }
    }

    private static IntPtr[] getPlatforms()
    {
        int platformCount;
        OpenCLFunctions.clGetPlatformIDs(0, null, out platformCount);

        IntPtr[] result = new IntPtr[platformCount];
        OpenCLFunctions.clGetPlatformIDs(platformCount, result, out platformCount);
        return result;
    }
}
 

実行結果は

111875472
125673668

でした。
意味がわかりませんね。
IntPtrの値をそのまま出力しているからです。

この値はプラットフォームのIDです。
このIDを通して、他の関数を使ってプラットフォームの意味のある情報を取得することが出来ます。

くどいようですが、普通の環境では数字は１つしか表示されないはずです。
プラットフォームは普通一つしかインストールしないからです（たぶん）。

プラットフォームの情報

上の例が意味不明なのは、IDをそのまま表示しているからです。
意味があるものにするには、たとえばプラットフォームの名前が表示されると嬉しいですね。
プラットフォームの情報を取得する必要があります。
そのための関数が、clGetPlatformInfo関数です。
参考

cl_int clGetPlatformInfo(
    cl_platform_id platform,
    cl_platform_info param_name,
    size_t param_value_size,
    void *param_value,
    size_t *param_value_size_ret
)

platformはプラットフォームのIDです。clGetPlatformIDsを使って取得したIDです。この値はNULLでもいいようですが、NULLの場合の振る舞いは実装に依存します。
param_nameは列挙型の値で、この関数で取得するプラットフォームの情報のタイプを表します。どんな値を取れるかは下のテーブルでに書いておきます。
param_value_sizeはparam_valueで指されているメモリのサイズ（バイト単位）を表します。
param_valueはプラットフォームの情報を返します。この値はNULLならば無視されます。
param_value_size_retは、プラットフォームの情報のサイズを返します（param_valueのメモリのサイズです。）。NULLならば無視されます。

cl_platform_info 値 解説
CL_PLATFORM_PROFILE 0x0900  OpenCLのプロファイル文字列です。実装によってサポートされているプロファイル名を表します。この値は次のうちのどれか一つになります。

FULL_PROFILEはOpenCLの仕様を実装が満たしていることを意味します。

EMBEDDED_PROFILEは、実装がOpenCLのサブセットを満たしているという意味です。
CL_PLATFORM_VERSION 0x0901  OpenCLのバージョンです。
CL_PLATFORM_NAME 0x0902  プラットフォームの名前です。
CL_PLATFORM_VENDOR 0x0903  ベンダー名です。
CL_PLATFORM_EXTENSIONS 0x0904  拡張名のリストを返します。それぞれの拡張はスペースで区切られています。

戻り値
名前 数値 解説
CL_SUCCESS 0 関数が成功しました。
CL_INVALID_PLATFORM -32 platformが有効な値ではありません。
CL_INVALID_VALUE -30 param_nameが有効な値でないか、あるいはparam_value_sizeが戻り値の型のサイズより小さくparam_valueがNULLではありません。
CL_OUT_OF_HOST_MEMORY -6 メモリが足りません。
プラットフォームの名前を列挙

ではclGetPlatformInfo関数を使ってプラットフォームの名前を列挙してみましょう。
次のようなプログラムになります。

Program.cs
using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        foreach (var platform in getPlatforms())
        {
            Console.WriteLine(getPlatformInfo(platform, PlatformInfo.Name));
        }
    }

    private static string getPlatformInfo(IntPtr platform, PlatformInfo platformInfo)
    {
        int parameterValueSize;
        OpenCLFunctions.clGetPlatformInfo(
            platform,
            platformInfo,
            0,
            null,
            out parameterValueSize
            );

        System.Text.StringBuilder result = new System.Text.StringBuilder(parameterValueSize);
        OpenCLFunctions.clGetPlatformInfo(
            platform,
            platformInfo,
            parameterValueSize,
            result,
            out parameterValueSize
            );
        return result.ToString();
    }

    private static IntPtr[] getPlatforms()
    {
        int platformCount;
        OpenCLFunctions.clGetPlatformIDs(0, null, out platformCount);

        IntPtr[] result = new IntPtr[platformCount];
        OpenCLFunctions.clGetPlatformIDs(platformCount, result, out platformCount);
        return result;
    }
}
 

OpenCLFunctions.cs
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

static class OpenCLFunctions
{
    [DllImport("OpenCL.dll")]
    public static extern int clGetPlatformIDs(int entryCount, IntPtr[] platforms, out int platformCount);

    [DllImport("OpenCL.dll")]
    public static extern int clGetPlatformInfo(
        IntPtr platform,
        PlatformInfo parameterName,
        int parameterValueSize,
        System.Text.StringBuilder parameterValue,
        out int parameterValueSizeReturn
        );
}

enum PlatformInfo
{
    Profile = 0x0900,
    Version = 0x0901,
    Name = 0x0902,
    Vendor = 0x0903,
    Extensions = 0x0904
}
 

このプログラムはPCにインストールされているOpenCLのプラットフォームを列挙していきます。
私の環境では実行結果はこうなりました：

NVIDIA CUDA
AMD Accelerated Parallel Processing

くどいようですが、普通はこの２つのうちのどちらか片方だけが表示されるのではないかと思います。
２つの違うメーカーのGPUをPCに付けているときにはこのように２つ表示されますが、そうでないときには１つだけでしょう（たぶん）。

拍手[8回]

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C#でDirectX11入門一覧 (SlimDX入門)

 まとめ

Direct3D 11入門

01.メッセージループ
02.デバイスの初期化
03.背景のクリア
04.三角形の表示（色なし）、クラス紹介編
05.色つき三角形
06.動く三角形
07.カメラ（遠近感＋回転）
08.平行移動
09.深度バッファ
10.ライト
11.テクスチャ
12.ワイヤーフレーム
13.ジオメトリシェーダー
14.定数バッファー

コンピュートシェーダー

01.GPUからCPU側へのデータ転送
02.バッファのコピー
03.コンピュートシェーダー
04.複数のリソースを計算に使う
05.ShaderResourceViewを使う
06.BarrierWithGroupSync()


感想

Direct3D11入門は、XNAやDirectXに関する知識がほとんど全くない人向けに書きました。
が、しかし効果の程は怪しいですね。
三角形を描くだけでかなりの設定が必要で、XNAなどで予備知識がないと厳しい気がしなくもありません。
はじめに大きな乗り越えなければいけない壁がDirect3D9世代よりもぐんと高くなっている気がします。

最大の難関は04.三角形の表示（色なし）です。
白い三角形を描くだけなのに２００行とちょっと必要というのは初学者の心をぽっきり折るのに十分だと思います。
XNAのありがたみがひしひしと感じられます。










拍手[3回]

C#でDirectX11 SlimDXチュートリアルその13 ジオメトリシェーダー

 今回のテーマはジオメトリシェーダーです。
ジオメトリシェーダーはポリゴンを分割します。

d4d15310.jpg

↓

Tutorial13GeometryShader.jpg


上はジオメトリシェーダーなし、下はジオメトリシェーダー有りです。
上と下の頂点バッファは同じです。
違うのはHLSLのエフェクトファイルだけ。
頂点バッファの中には三角形１つ分の頂点しか入っていないのですが、ジオメトリシェーダーで分割されて２つになるのです。

こう言うことをして何が嬉しいかというと、例えば荒い3Dモデルを面の細やかなモデルに変換することが出来ます。
だったら最初から細かいモデルを用意しておけという感じですが、実際には遠くから見たときに細かいモデルを用意するのは無駄です。
近くにあるときは細かいモデル、遠くにあるときには荒いモデル、その中間ならそこそこのモデルが欲しいのです。
これら全部を用意するという方法もありますが（面倒な上容量をけっこう食いそうです）、一度に全部の距離に柔軟に対応できればそれに越したことはありません。

そういうニーズにジオメトリシェーダーは答えることが出来ます。
最初に荒いモデルを用意しておいて、必要に応じて適切な細かさのモデルを作ればいいのです。
ジオメトリシェーダーでポリゴンを分割すればそれだけ細かいモデルになります。
もちろんただ分割するだけでは意味が無いので、予めテクスチャに描いた細かい凹凸情報でポリゴンの高低を変えればいいというわけです。

ジオメトリシェーダー（HLSL）

今回ジオメトリシェーダーを使う上で必要なのはHLSL側の変更だけです。
C#側は前回のワイヤーフレームを描くコードから変える必要はありません。
今回、HLSLのジオメトリシェーダーは次のような構文となります：

[maxvertexcount(VertexCount)]
void ShaderName(
    triangle DataType vertices[3],
    inout TriangleStream<DataType> resultStream
    )


maxvertexcountはC#の属性のようなものですね。
ジオメトリシェーダーによって造られる頂点の最大数を指定します。
作られるというと語弊がありそうです。
３の頂点から６つの頂点を作るとき（１つの三角形を分割して２つの三角形にするとき）、VertexCountは６です。

 DataTypeは頂点の構造体です。

TriangleStream<T>はジオメトリシェーダーで作成される三角形を格納します。
今回は三角形なのでTriangleStreamなのですが、他にもPointStreamやLineStreamなどの仲間もあります。
TriangleStreamには、ジオメトリシェーダーで作成する三角形を格納するためのメソッドが付いています。

class TriangleStream<T>
{
      void Append(T vertex);
      void RestartStrip();
}

TriangleStream<T>.Append()メソッドは頂点を追加します。
TriangleStream<T>.RestartStrip()メソッドは、Appendで３つの頂点を追加した後に呼びます。

コード

Program.cs
using SlimDX.Direct3D11;
using SlimDX.DXGI;
using SlimDX.D3DCompiler;
 
class Program
{
    static void Main()
    {
        using (Game game = new MyGame())
        {
            game.Run();
        }
    }
}
 
class MyGame : Game
{
    Effect effect;
    InputLayout vertexLayout;
    Buffer vertexBuffer;
 
    protected override void Draw()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.ClearRenderTargetView(
            RenderTarget,
            new SlimDX.Color4(1, 0, 0, 1)
            );
 
        initTriangleInputAssembler();
        drawTriangle();
        
        SwapChain.Present(0, PresentFlags.None);
    }
 
    private void drawTriangle()
    {
        effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Apply(GraphicsDevice.ImmediateContext);
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Draw(3, 0);
    }
 
    private void initTriangleInputAssembler()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.InputLayout = vertexLayout;
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.SetVertexBuffers(
            0,
            new VertexBufferBinding(vertexBuffer, sizeof(float) * 3, 0)
            );
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.PrimitiveTopology
            = PrimitiveTopology.TriangleList;
    }
 
    protected override void LoadContent()
    {
        initEffect();
        initVertexLayout();
        initVertexBuffer();
        initWireframeRasterizerState();
    }
 
    private void initEffect()
    {
        using (ShaderBytecode shaderBytecode = ShaderBytecode.CompileFromFile(
            "myEffect.fx", "fx_5_0",
            ShaderFlags.None,
            EffectFlags.None
            ))
        {
            effect = new Effect(GraphicsDevice, shaderBytecode);
        }
    }
 
    private void initVertexLayout()
    {
        vertexLayout = new InputLayout(
            GraphicsDevice,
            effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Description.Signature,
            new[] { 
                    new InputElement
                    {
                        SemanticName = "SV_Position",
                        Format = Format.R32G32B32_Float
                    }
                }
            );
    }
 
    private void initVertexBuffer()
    {
        vertexBuffer = MyDirectXHelper.CreateVertexBuffer(
            GraphicsDevice,
            new[] {
                new SlimDX.Vector3(0, 0.5f, 0),
                new SlimDX.Vector3(0.5f, 0, 0),
                new SlimDX.Vector3(-0.5f, 0, 0),
            });
    }
 
    private void initWireframeRasterizerState()
    {
        var desc = new RasterizerStateDescription
        {
            CullMode = CullMode.Back,
            FillMode = FillMode.Wireframe,
        };
 
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.State
            = RasterizerState.FromDescription(
                GraphicsDevice,
                desc
            );
    }
 
    protected override void UnloadContent()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.State.Dispose();
        effect.Dispose();
        vertexLayout.Dispose();
        vertexBuffer.Dispose();
    }
}
 
class Game : System.Windows.Forms.Form
{
    public SlimDX.Direct3D11.Device GraphicsDevice;
    public SwapChain SwapChain;
    public RenderTargetView RenderTarget;
 
 
    public void Run()
    {
        initDevice();
        SlimDX.Windows.MessagePump.Run(this, Draw);
        disposeDevice();
    }
 
    private void initDevice()
    {
        MyDirectXHelper.CreateDeviceAndSwapChain(
            this, out GraphicsDevice, out SwapChain
            );
 
        initRenderTarget();
        initViewport();
 
        LoadContent();
    }
 
    private void initRenderTarget()
    {
        using (Texture2D backBuffer
            = SlimDX.Direct3D11.Resource.FromSwapChain<Texture2D>(SwapChain, 0)
            )
        {
            RenderTarget = new RenderTargetView(GraphicsDevice, backBuffer);
            GraphicsDevice.ImmediateContext.OutputMerger.SetTargets(RenderTarget);
        }
    }
 
    private void initViewport()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.SetViewports(
            new Viewport
            {
                Width = ClientSize.Width,
                Height = ClientSize.Height,
            }
            );
    }
 
    private void disposeDevice()
    {
        UnloadContent();
        RenderTarget.Dispose();
        GraphicsDevice.Dispose();
        SwapChain.Dispose();
    }
 
    protected virtual void Draw() { }
    protected virtual void LoadContent() { }
    protected virtual void UnloadContent() { }
}
 
class MyDirectXHelper
{
    public static void CreateDeviceAndSwapChain(
        System.Windows.Forms.Form form,
        out SlimDX.Direct3D11.Device device,
        out SlimDX.DXGI.SwapChain swapChain
        )
    {
        SlimDX.Direct3D11.Device.CreateWithSwapChain(
            DriverType.Hardware,
            DeviceCreationFlags.None,
            new SwapChainDescription
            {
                BufferCount = 1,
                OutputHandle = form.Handle,
                IsWindowed = true,
                SampleDescription = new SampleDescription
                {
                    Count = 1,
                    Quality = 0
                },
                ModeDescription = new ModeDescription
                {
                    Width = form.ClientSize.Width,
                    Height = form.ClientSize.Height,
                    RefreshRate = new SlimDX.Rational(60, 1),
                    Format = Format.R8G8B8A8_UNorm
                },
                Usage = Usage.RenderTargetOutput
            },
            out device,
            out swapChain
            );
    }
 
    public static Buffer CreateVertexBuffer(
        SlimDX.Direct3D11.Device graphicsDevice,
        System.Array vertices
        )
    {
        using (SlimDX.DataStream vertexStream 
            = new SlimDX.DataStream(vertices, true, true))
        {
            return new Buffer(
                graphicsDevice,
                vertexStream,
                new BufferDescription
                {
                    SizeInBytes= (int)vertexStream.Length,
                    BindFlags = BindFlags.VertexBuffer,
                }
                );
        }
    }
}
 
 

myEffect.fx
struct VertexPosition
{
	float4 Position : SV_Position;
};

VertexPosition MyVertexShader(VertexPosition position)
{
    return position;
}

VertexPosition Average(VertexPosition a, VertexPosition b)
{
	VertexPosition result = { (a.Position + b.Position) / 2};
	return result;
}

[maxvertexcount(6)]
void MyGeometryShader(
	triangle VertexPosition vertices[3],
	inout TriangleStream<VertexPosition> resultStream
	)
{
	resultStream.Append(vertices[0]);
	resultStream.Append(vertices[1]);
	resultStream.Append(Average(vertices[1], vertices[2]));
	resultStream.RestartStrip();

	resultStream.Append(vertices[0]);
	resultStream.Append(Average(vertices[1], vertices[2]));
	resultStream.Append(vertices[2]);
	resultStream.RestartStrip();
}

float4 MyPixelShader() : SV_Target
{
    return float4(1, 1, 1, 1);
}

technique10 MyTechnique
{
	pass MyPass
	{
		SetVertexShader( CompileShader( vs_5_0, MyVertexShader() ) );
		SetGeometryShader(CompileShader(gs_5_0, MyGeometryShader()));
		SetPixelShader( CompileShader( ps_5_0, MyPixelShader() ) );
	}
}

実行結果はこうなります。

Tutorial13GeometryShader.jpg

このプログラムはまず三角形を一つだけ用意しています。
 
Tutorial13HowTriangleIsDivided.jpg

それを真ん中で２等分しているのです。
 
Tutorial13HowTriangleIsDivided2.jpg

今回は単純化のため縦に２等分しましたが、実際には
　△
△▽△
というような分割方法を使うべきでしょう。




























拍手[2回]

C#でDirectX11 SlimDXチュートリアルその12 ワイヤーフレーム

 今回はワイヤーフレームです。
ワイヤーフレームとは何かというと、
こんな三角形を

Tutorial03WhiteTriangle.jpg

こう表示することです：

Tutorial12WireFrame.jpg


図形の骨組みだけ表示されるのです。
上の三角形で言うと、３つの辺だけが描かれ、その内部は描かれません。

これは一体何に使うのか？
ということですが、ポリゴンの様子がよくわかるということで、デバッグ用といいますか、DirectXのポリゴンの分割サンプルにはよく使われているようです。

SubD11WithoutWireframe.jpg

SubD11WithWireframe.jpg

上は普通のモデルだけ描画、下は普通のモデル＋そのワイヤーフレームを描画しています。
こうしてみるとポリゴンがどんな様子なのか一目瞭然です。（このサンプルはポリゴンの分割のデモなので、ポリゴンが見えると嬉しいのです）

あるいはレトロSF風味でカッコイイということもあるかもしれませんね。
ラスタライザーステート

ワイヤーフレームを描くには、デバイスをワイヤーフレームがオンになった状態にしてやります。
その状態管理を行うのが、RasterizerWrapper.Stateプロパティです。
GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.State = ~~というふうに設定します。

public RasterizerState State { get; set; }

SlimDX.Direct3D11.RasterizerStateクラスはデバイスの描画設定をつかさどります。
今回のようにワイヤーフレームをオンにしたい場合は、そういう設定をしたこのクラスのインスタンスをデバイスにセットします。
初期化にはRasterizerState.FromDescriptionメソッドを使います。

public class RasterizerState : DeviceChild
{
    public static RasterizerState FromDescription(
        Device device, 
        RasterizerStateDescription description
        );
...
}

deviceはRasterizerStateを作るデバイス。
descriptionはRasterizerStateが設定するデバイスの描画設定です。つまり今回の設定はdescriptionに対してセットします。

SlimDX.Direct3D11.RasterizerStateDescription構造体のメンバのうち、今回セットする必要があるのはCullModeとFillModeプロパティです。

public struct RasterizerStateDescription
{
    public CullMode CullMode { get; set; }
    public FillMode FillMode { get; set; }
...
}

CullModeは三角形が描かれなくする方向です。
三角形ポリゴンには方向があります。
FrontとBackです(CullMode.Front、CullMode.Back)。
この方向はIsFrontCounterclockwiseプロパティ（今回は使いませんが）によって時計回りか反時計回りかがセットされるのです。
CullModeプロパティによってセットされた方向では三角形が見えなくなります。
これはより近くのポリゴンによって隠れてしまうポリゴンはどうせ描かれないので最初っから描かないことにしようというものです。

例えば地球を描く事を考えます。
日本が表を向いた地球を描くとき、地球の反対側のチリ共和国を構成しているポリゴンはどうあがいたって描かれません。
なら最初から地球の裏側は描かないことにすれば描画コストを削減できるというわけです。
地球の裏側にあるかどうかというのを、三角形の頂点が時計回りに見えるかどうかというのを基準に考えるのです。


FillModeは図形内部を色塗りする方法です。
FillMode.WireframeかFillMode.Solidのどちらかをセットします。
前回までやってきた三角形内部を塗りつぶすのはSolidで、今回のワイヤーフレームはWireframeです。

本当は今回のワイヤーフレームを使うのにCullModeは関係ありません。
しかし、デフォルトの設定ではAPIがエラーを投げるのです。
これはしかたがありません。
とりあえず今回はCullModeにはBackをセットしておきます。
コード

Program.cs
using SlimDX.Direct3D11;
using SlimDX.DXGI;
using SlimDX.D3DCompiler;
 
class Program
{
    static void Main()
    {
        using (Game game = new MyGame())
        {
            game.Run();
        }
    }
}
 
class MyGame : Game
{
    Effect effect;
    InputLayout vertexLayout;
    Buffer vertexBuffer;
 
    protected override void Draw()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.ClearRenderTargetView(
            RenderTarget,
            new SlimDX.Color4(1, 0, 0, 1)
            );
 
        initTriangleInputAssembler();
        drawTriangle();
        
        SwapChain.Present(0, PresentFlags.None);
    }
 
    private void drawTriangle()
    {
        effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Apply(GraphicsDevice.ImmediateContext);
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Draw(3, 0);
    }
 
    private void initTriangleInputAssembler()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.InputLayout = vertexLayout;
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.SetVertexBuffers(
            0,
            new VertexBufferBinding(vertexBuffer, sizeof(float) * 3, 0)
            );
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.PrimitiveTopology
            = PrimitiveTopology.TriangleList;
    }
 
    protected override void LoadContent()
    {
        initEffect();
        initVertexLayout();
        initVertexBuffer();
        initWireframeRasterizerState();
    }
 
    private void initEffect()
    {
        using (ShaderBytecode shaderBytecode = ShaderBytecode.CompileFromFile(
            "myEffect.fx", "fx_5_0",
            ShaderFlags.None,
            EffectFlags.None
            ))
        {
            effect = new Effect(GraphicsDevice, shaderBytecode);
        }
    }
 
    private void initVertexLayout()
    {
        vertexLayout = new InputLayout(
            GraphicsDevice,
            effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Description.Signature,
            new[] { 
                    new InputElement
                    {
                        SemanticName = "SV_Position",
                        Format = Format.R32G32B32_Float
                    }
                }
            );
    }
 
    private void initVertexBuffer()
    {
        vertexBuffer = MyDirectXHelper.CreateVertexBuffer(
            GraphicsDevice,
            new[] {
                new SlimDX.Vector3(0, 0.5f, 0),
                new SlimDX.Vector3(0.5f, 0, 0),
                new SlimDX.Vector3(-0.5f, 0, 0),
            });
    }
 
    private void initWireframeRasterizerState()
    {
        var desc = new RasterizerStateDescription
        {
            CullMode = CullMode.Back,
            FillMode = FillMode.Wireframe,
        };
 
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.State
            = RasterizerState.FromDescription(
                GraphicsDevice,
                desc
            );
    }
 
    protected override void UnloadContent()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.State.Dispose();
        effect.Dispose();
        vertexLayout.Dispose();
        vertexBuffer.Dispose();
    }
}
 
class Game : System.Windows.Forms.Form
{
    public SlimDX.Direct3D11.Device GraphicsDevice;
    public SwapChain SwapChain;
    public RenderTargetView RenderTarget;
 
 
    public void Run()
    {
        initDevice();
        SlimDX.Windows.MessagePump.Run(this, Draw);
        disposeDevice();
    }
 
    private void initDevice()
    {
        MyDirectXHelper.CreateDeviceAndSwapChain(
            this, out GraphicsDevice, out SwapChain
            );
 
        initRenderTarget();
        initViewport();
 
        LoadContent();
    }
 
    private void initRenderTarget()
    {
        using (Texture2D backBuffer
            = SlimDX.Direct3D11.Resource.FromSwapChain<Texture2D>(SwapChain, 0)
            )
        {
            RenderTarget = new RenderTargetView(GraphicsDevice, backBuffer);
            GraphicsDevice.ImmediateContext.OutputMerger.SetTargets(RenderTarget);
        }
    }
 
    private void initViewport()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.SetViewports(
            new Viewport
            {
                Width = ClientSize.Width,
                Height = ClientSize.Height,
            }
            );
    }
 
    private void disposeDevice()
    {
        UnloadContent();
        RenderTarget.Dispose();
        GraphicsDevice.Dispose();
        SwapChain.Dispose();
    }
 
    protected virtual void Draw() { }
    protected virtual void LoadContent() { }
    protected virtual void UnloadContent() { }
}
 
class MyDirectXHelper
{
    public static void CreateDeviceAndSwapChain(
        System.Windows.Forms.Form form,
        out SlimDX.Direct3D11.Device device,
        out SlimDX.DXGI.SwapChain swapChain
        )
    {
        SlimDX.Direct3D11.Device.CreateWithSwapChain(
            DriverType.Hardware,
            DeviceCreationFlags.None,
            new SwapChainDescription
            {
                BufferCount = 1,
                OutputHandle = form.Handle,
                IsWindowed = true,
                SampleDescription = new SampleDescription
                {
                    Count = 1,
                    Quality = 0
                },
                ModeDescription = new ModeDescription
                {
                    Width = form.ClientSize.Width,
                    Height = form.ClientSize.Height,
                    RefreshRate = new SlimDX.Rational(60, 1),
                    Format = Format.R8G8B8A8_UNorm
                },
                Usage = Usage.RenderTargetOutput
            },
            out device,
            out swapChain
            );
    }
 
    public static Buffer CreateVertexBuffer(
        SlimDX.Direct3D11.Device graphicsDevice,
        System.Array vertices
        )
    {
        using (SlimDX.DataStream vertexStream 
            = new SlimDX.DataStream(vertices, true, true))
        {
            return new Buffer(
                graphicsDevice,
                vertexStream,
                new BufferDescription
                {
                    SizeInBytes= (int)vertexStream.Length,
                    BindFlags = BindFlags.VertexBuffer,
                }
                );
        }
    }
}
 
 

myEffect.fx
float4 MyVertexShader(float4 position : SV_Position) : SV_Position
{
    return position;
}

float4 MyPixelShader() : SV_Target
{
    return float4(1, 1, 1, 1);
}

technique10 MyTechnique
{
	pass MyPass
	{
		SetVertexShader( CompileShader( vs_5_0, MyVertexShader() ) );
		SetPixelShader( CompileShader( ps_5_0, MyPixelShader() ) );
	}
}

このプログラムはワイヤーフレームな三角形を表示します。

d4d15310.jpg

デバイスが初期化するときに、ラスタライザーステートをデバイスにセットするのです。
そのラスタライザーステートには、ワイヤーフレームで表示せよ、ということが書いてあります。
結果として、前回まで中身がきちんと描かれていた三角形は、周りの辺だけが描かれることになったのです。





























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C#でDirectX11 SlimDXチュートリアルその11 テクスチャ

 今までやってきたサンプルはこんな具合でした：

Tutorial03WhiteTriangle.jpg
Tutorial04ColoredTriangle.jpg

今回はちょっと見栄えが変わります。
三角形にテクスチャを貼ります。
Windows7についてくるPenguins.jpgです（Pictures\Sample Pictures）。

Tutorial11TextureMappedTriangle.jpg

三角形にテクスチャを貼るのは物体をリアルに見せる一般的な技法です。
たとえばDirectXに次のような人を表示するサンプルがあるのですが：

BasicHLSL10.jpg

実は次のようなテクスチャを表面に貼っているのです。
（ちょっと怖いですが）

Tiny_skin.JPG

単なる三角形ではいかにも無機質なCGという感じですが、テクスチャを貼ると少しましになります。
テクスチャ

テクスチャを三角形に貼ると一言で言っても、具体的に何をするのでしょうか？
テクスチャを貼る作業は、ピクセルシェーダーの中で行われます。
ピクセルシェーダーはお絵かきで例えると色塗り。
三角形を構成するピクセルそれぞれが具体的にどんな色になるか決定する関数です。
ピクセルシェーダーでテクスチャにアクセスし、そのピクセルの色を決めるのです。
全体としてテクスチャがマップされているように見えるように。

このように、シェーダーの中で使うリソースのことを、シェーダーリソースといいます。
今回テクスチャはシェーダーリソースなのです。
シェーダーリソースとしてリソースを使う場合、SlimDX.Direct3D11.ShaderResourceViewクラスを利用します。

public class ShaderResourceView : ResourceView

このクラスが今回三角形に貼り付けるテクスチャをつかさどります。
テクスチャのロードにはShaderResourceView.FromFile()メソッドを使います。

public static ShaderResourceView FromFile(Device device, string fileName);

deviceはこのシェーダーリソースを作るデバイス。
fileNameはロードするテクスチャの画像ファイル名です。

このメソッドの便利なところは、Texture2Dクラスなんかを経由せずに直接ShaderResourceViewを生成できるところです。
ふつう～～Viewクラスは、リソースを作ってからそれと関連付けるように生成するものです。
ですがそのリソースを~~View以外の用途で使わないのならそれは二度手間です。
シェーダーリソース以外にも使いたい用途があるのならこのメソッドはまずいのですが、今回の用途ではこれで十分です。

こうして生成したテクスチャのビューは、EffectResourceVariable.SetResource()メソッドでエフェクトにセットし、シェーダーから使えるようにします。

public Result SetResource(ShaderResourceView view);

viewはセットするビューです。
HLSL側でのテクスチャの扱い

貼り付けるテクスチャは、C#ではシェーダーリソースとしてセットしますが、HLSL側ではTexture2D型の変数です。
HLSLでテクスチャのある点の色を取得するには、Texture2D.Sampleメソッドを使います。

float4 Texture2D.Sample(
    SamplerState samplerState,
    float2 location
);
samplerStateはテクスチャから色を取ってくるときにのやり方です。
locationはテクスチャ内の座標です。

戻り値はテクスチャのlocation地点の色です。

SamplerStateはテクスチャのピクセルとピクセルの間の色を取ってくるときに、どのような色の取り方をするかを表します。
が、今回は難しい事はなしで、次のように空の定義でいいでしょう。

SamplerState mySampler {};

locationに渡すテクスチャ座標は、頂点の中に含めておきます。
テクスチャ座標とはテクスチャ中の位置を表す縦1,横1の座標空間です。

Tutorial11TextureCoordinate.jpg

頂点中のテクスチャ座標データには、何かセマンティクスを付ける必要があります。
それにはTEXCOORDを使うといいでしょう。
TEXtureCOORDinate(テクスチャ座標)の略です。

コード

Program.cs
using SlimDX;
using SlimDX.Direct3D11;
using SlimDX.DXGI;
using SlimDX.D3DCompiler;

class Program
{
    static void Main()
    {
        using (Game game = new MyGame())
        {
            game.Run();
        }
    }
}

class MyGame : Game
{
    Effect effect;
    InputLayout vertexLayout;
    Buffer vertexBuffer;
    ShaderResourceView texture;

    protected override void Draw()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.ClearRenderTargetView(
            RenderTarget,
            new SlimDX.Color4(1, 0.39f, 0.58f, 0.93f)
            );

        effect.GetVariableByName("diffuseTexture")
            .AsResource().SetResource(texture);
        initTriangleInputAssembler();
        drawTriangle();

        SwapChain.Present(0, PresentFlags.None);
    }

    private void drawTriangle()
    {
        effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Apply(GraphicsDevice.ImmediateContext);
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Draw(3, 0);
    }

    private void initTriangleInputAssembler()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.InputLayout = vertexLayout;
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.SetVertexBuffers(
            0,
            new VertexBufferBinding(vertexBuffer, VertexPositionTexture.SizeInBytes, 0)
            );
        GraphicsDevice.ImmediateContext.InputAssembler.PrimitiveTopology
            = PrimitiveTopology.TriangleList;
    }

    protected override void LoadContent()
    {
        initEffect();
        initVertexLayout();
        initVertexBuffer();
        initTexture();
    }

    private void initEffect()
    {
        using (ShaderBytecode shaderBytecode = ShaderBytecode.CompileFromFile(
            "myEffect.fx", "fx_5_0",
            ShaderFlags.None,
            EffectFlags.None
            ))
        {
            effect = new Effect(GraphicsDevice, shaderBytecode);
        }
    }

    private void initVertexLayout()
    {
        vertexLayout = new InputLayout(
            GraphicsDevice,
            effect.GetTechniqueByIndex(0).GetPassByIndex(0).Description.Signature,
            VertexPositionTexture.VertexElements
            );
    }

    private void initVertexBuffer()
    {
        vertexBuffer = MyDirectXHelper.CreateVertexBuffer(
            GraphicsDevice,
            new[] {
                new VertexPositionTexture
                {
                    Position = new Vector3(0, 0.5f, 0),
                    TextureCoordinate = new Vector2(0.5f, 0) 
                },
                new VertexPositionTexture
                {
                    Position = new Vector3(0.5f, 0, 0),
                    TextureCoordinate = new Vector2(1, 1)
                },
                new VertexPositionTexture
                {
                    Position = new Vector3(-0.5f, 0, 0),
                    TextureCoordinate = new Vector2(0, 1)
                },
            });
    }

    private void initTexture()
    {
        texture = ShaderResourceView.FromFile(GraphicsDevice, "Penguins.jpg");
    }

    protected override void UnloadContent()
    {
        effect.Dispose();
        vertexLayout.Dispose();
        vertexBuffer.Dispose();
        texture.Dispose();
    }
}

struct VertexPositionTexture
{
    public Vector3 Position;
    public Vector2 TextureCoordinate;

    public static readonly InputElement[] VertexElements = new[]
    {
        new InputElement
        {
            SemanticName = "SV_Position",
            Format = Format.R32G32B32_Float
        },
        new InputElement
        {
            SemanticName = "TEXCOORD",
            Format = Format.R32G32_Float,
            AlignedByteOffset = InputElement.AppendAligned//自動的にオフセット決定
        }
    };

    public static int SizeInBytes
    {
        get
        {
            return System.Runtime.InteropServices.
                Marshal.SizeOf(typeof(VertexPositionTexture));
        }
    }
}

class Game : System.Windows.Forms.Form
{
    public SlimDX.Direct3D11.Device GraphicsDevice;
    public SwapChain SwapChain;
    public RenderTargetView RenderTarget;


    public void Run()
    {
        initDevice();
        SlimDX.Windows.MessagePump.Run(this, Draw);
        disposeDevice();
    }

    private void initDevice()
    {
        MyDirectXHelper.CreateDeviceAndSwapChain(
            this, out GraphicsDevice, out SwapChain
            );

        initRenderTarget();
        initViewport();

        LoadContent();
    }

    private void initRenderTarget()
    {
        using (Texture2D backBuffer
            = SlimDX.Direct3D11.Resource.FromSwapChain<Texture2D>(SwapChain, 0)
            )
        {
            RenderTarget = new RenderTargetView(GraphicsDevice, backBuffer);
            GraphicsDevice.ImmediateContext.OutputMerger.SetTargets(RenderTarget);
        }
    }

    private void initViewport()
    {
        GraphicsDevice.ImmediateContext.Rasterizer.SetViewports(
            new Viewport
            {
                Width = ClientSize.Width,
                Height = ClientSize.Height,
            }
            );
    }

    private void disposeDevice()
    {
        UnloadContent();
        RenderTarget.Dispose();
        GraphicsDevice.Dispose();
        SwapChain.Dispose();
    }

    protected virtual void Draw() { }
    protected virtual void LoadContent() { }
    protected virtual void UnloadContent() { }
}

class MyDirectXHelper
{
    public static void CreateDeviceAndSwapChain(
        System.Windows.Forms.Form form,
        out SlimDX.Direct3D11.Device device,
        out SlimDX.DXGI.SwapChain swapChain
        )
    {
        SlimDX.Direct3D11.Device.CreateWithSwapChain(
            DriverType.Hardware,
            DeviceCreationFlags.None,
            new SwapChainDescription
            {
                BufferCount = 1,
                OutputHandle = form.Handle,
                IsWindowed = true,
                SampleDescription = new SampleDescription
                {
                    Count = 1,
                    Quality = 0
                },
                ModeDescription = new ModeDescription
                {
                    Width = form.ClientSize.Width,
                    Height = form.ClientSize.Height,
                    RefreshRate = new SlimDX.Rational(60, 1),
                    Format = Format.R8G8B8A8_UNorm
                },
                Usage = Usage.RenderTargetOutput
            },
            out device,
            out swapChain
            );
    }

    public static Buffer CreateVertexBuffer(
        SlimDX.Direct3D11.Device graphicsDevice,
        System.Array vertices
        )
    {
        using (SlimDX.DataStream vertexStream 
            = new SlimDX.DataStream(vertices, true, true))
        {
            return new Buffer(
                graphicsDevice,
                vertexStream,
                new BufferDescription
                {
                    SizeInBytes= (int)vertexStream.Length,
                    BindFlags = BindFlags.VertexBuffer,
                }
                );
        }
    }
}

myEffect.fx
Texture2D diffuseTexture;

SamplerState mySampler
{
};

struct VertexPositionTexture
{
	float4 Position : SV_Position;
	float2 TextureCoordinate : TEXCOORD;
};

VertexPositionTexture MyVertexShader(VertexPositionTexture input)
{
	return input;
}

float4 MyPixelShader(VertexPositionTexture input) : SV_Target
{
    return diffuseTexture.Sample(mySampler, input.TextureCoordinate);
}


technique10 MyTechnique
{
	pass MyPass
	{
		SetVertexShader( CompileShader( vs_5_0, MyVertexShader() ) );
		SetPixelShader( CompileShader( ps_5_0, MyPixelShader() ) );
	}
}

実行結果はこうなります。
Tutorial11TextureMappedTriangle.jpg

このプログラムは、まず三角形にテクスチャ座標を割り当てます。

Tutorial11HowTextureCoordinatesAreSet.jpg

左上が(0, 0)、右下が(1, 1)な座標です。
これにピクセルシェーダーの中で、テクスチャを貼り付けるのです。

Tutorial11TextureCoordinate.jpg

この三角形のテクスチャ座標の指定のしかたは横に眺めになっているので、少し縦に潰れてテクスチャが貼られるのです。

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