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Memeplexes

プログラミング、3DCGとその他いろいろについて

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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