HLSL:フォン鏡面反射

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よく磨きこまれた反射率の高い物体に光が当たると表面が光り輝いているように見えます。
俗に言うハイライトですが、それを表現するのがこのフォン鏡面反射(フォンスペキュラー)です。

HLSL.cpp

#include <d3dx9.h>
#include <string>
#define WINDOW_WIDTH  640 //ウインドウの幅
#define WINDOW_HEIGHT  480 //ウインドウの高さ
#define SAFE_RELEASE(x) if(x){x->Release();} 

using namespace std;

LPDIRECT3D9             g_pD3D       = NULL;//Direct3D9
LPDIRECT3DDEVICE9       g_pd3dDevice = NULL;//レンダリングデバイス
LPD3DXEFFECT     m_pEffect; // ★シェーダ
D3DXHANDLE      m_hTechnique;// ★テクニック
D3DXHANDLE      m_hmWVP; // ★ワールド~射影行列
D3DXHANDLE      m_hvLightDir;
D3DXHANDLE      m_hvColor;
D3DXHANDLE      m_hvEyePos;
LPDIRECT3DVERTEXDECLARATION9 m_pDecl; // 頂点宣言

class MODEL{
 public:
  LPD3DXMESH    Mesh;//メッシュ
  D3DMATERIAL9*   Material;//マテリアル
  LPDIRECT3DTEXTURE9*  Texture;//テクスチャ
  DWORD PartsNumber;//マテリアル数
  void LoadXFile(string);
  void XFileDraw(float,float,float,float,float,float,float,float,float);
};

//Xファイル描画
void MODEL::XFileDraw(float XSize,float YSize,float ZSize,float XRot,float YRot,float ZRot,float XTran,float YTran,float ZTran)
{
 D3DXMATRIXA16 m,matWorld,matView,matScale,matRotation,matProj,matPosition[4],matPos;
 D3DXMatrixIdentity(&matWorld);
 D3DXMatrixScaling(&matScale,XSize,YSize,ZSize);
    D3DXMatrixMultiply(&matWorld,&matWorld,&matScale);
  //ワールドトランスフォーム(絶対座標変換)
 D3DXMatrixIdentity(&matRotation);

 D3DXMatrixRotationY( &matRotation, YRot );
 D3DXMatrixMultiply(&matWorld,&matWorld,&matRotation);
 D3DXMatrixRotationX( &matRotation, XRot );
 D3DXMatrixMultiply(&matWorld,&matWorld,&matRotation);
 D3DXMatrixRotationZ( &matRotation, ZRot );

 D3DXMatrixMultiply(&matWorld,&matWorld,&matRotation);
 D3DXMatrixTranslation(&matPos,XTran,YTran,ZTran);
 D3DXMatrixMultiply(&matWorld,&matWorld,&matPos);

 // ビュートランスフォーム(視点座標変換)
 D3DXVECTOR3 vecEyePt( 0.0f, 7.0f,-3.5f ); //カメラ(視点)位置
 D3DXVECTOR3 vecLookatPt( 0.0f, 0.0f, 0.0f );//注視位置
 D3DXVECTOR3 vecUpVec( 0.0f, 1.0f, 0.0f );//上方位置
 D3DXMatrixLookAtLH( &matView, &vecEyePt, &vecLookatPt, &vecUpVec );
 // プロジェクショントランスフォーム(射影変換)
 D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 1000.0f );
 m = (matWorld * matView * matProj);

 m_pEffect->SetMatrix( m_hmWVP, &m );

 D3DXVECTOR4 v;
 //light
 D3DXVECTOR4 light_pos = D3DXVECTOR4(-0.577f,-0.577f,-0.577f,0);
 D3DXMatrixInverse(&m,NULL,&matWorld);
 D3DXVec4Transform(&v,&light_pos,&m);
 D3DXVec3Normalize((D3DXVECTOR3 *)&v,(D3DXVECTOR3 *)&v);// 正規化
 v.w = -0.3f;// 環境光の強さ
 m_pEffect->SetVector(m_hvLightDir,&v);

 // 視点
   m = matWorld * matView;
   D3DXMatrixInverse( &m, NULL, &m);
   v = D3DXVECTOR4( 0, 0, 0, 1);
   D3DXVec4Transform( &v, &v, &m );
   m_pEffect->SetVector( m_hvEyePos, &v );

 //-------------------------------------------------
 // ★シェーダの設定
 //-------------------------------------------------
 m_pEffect->SetTechnique( m_hTechnique );
 m_pEffect->Begin( NULL, 0 );
 m_pEffect->BeginPass( 0 );

 g_pd3dDevice->SetFVF( D3DFVF_XYZ | D3DFVF_NORMAL);

 m_pEffect->SetTexture("Tex", Texture[0]);
 //-------------------------------------------------
 // 描画
 //-------------------------------------------------
 g_pd3dDevice->SetVertexDeclaration( m_pDecl );

 D3DMATERIAL9 *pMtrl = &Material[0];
 for( DWORD i=0; i<PartsNumber; i++ )
        {
   v.x=pMtrl->Diffuse.r/1.3f;
   v.y=pMtrl->Diffuse.g/1.3f;
   v.z=pMtrl->Diffuse.b/1.3f;
   m_pEffect->SetVector( m_hvColor, &v );

   g_pd3dDevice->SetTexture( 0,Texture[i] );
   Mesh->DrawSubset( i );
   pMtrl++;
        }
 m_pEffect->EndPass();
 m_pEffect->End();
}
//Xファイル読み込み
void MODEL::LoadXFile(string FileName)
{
 // Xファイルからメッシュをロードする
 LPD3DXBUFFER pD3DXMtrlBuffer = NULL;

 D3DXLoadMeshFromXA( FileName.c_str(), D3DXMESH_SYSTEMMEM,g_pd3dDevice, NULL, &pD3DXMtrlBuffer, NULL,&PartsNumber, &Mesh);
 D3DXMATERIAL* d3dxMaterials = (D3DXMATERIAL*)pD3DXMtrlBuffer->GetBufferPointer();
    Material = new D3DMATERIAL9[PartsNumber];
    Texture  = new LPDIRECT3DTEXTURE9[PartsNumber];

 for( DWORD i=0; i<PartsNumber; i++ )
 {
  Material[i] = d3dxMaterials[i].MatD3D; 
        Material[i].Ambient = Material[i].Diffuse;
        Texture[i] = NULL;
        if( d3dxMaterials[i].pTextureFilename != NULL &&lstrlenA(d3dxMaterials[i].pTextureFilename) > 0)
        {     
           D3DXCreateTextureFromFileA(g_pd3dDevice,d3dxMaterials[i].pTextureFilename,&Texture[i]);
        }
    }
 pD3DXMtrlBuffer->Release();
}


 MODEL Model[2];//モデル用

 HWND hwnd;

HRESULT Init()
{
 HRESULT hr;

 // ★シェーダの読み込み
    LPD3DXBUFFER pErr=NULL;
    if( FAILED( hr = D3DXCreateEffectFromFileA(
                g_pd3dDevice, "hlsl.fx", NULL, NULL,
                0 , NULL, &m_pEffect, &pErr ))){

        // シェーダの読み込みの失敗
        MessageBoxA( NULL, (LPCSTR)pErr->GetBufferPointer()
                    , "ERROR", MB_OK);
    }else{
        m_hTechnique = m_pEffect->GetTechniqueByName( "TShader" );
        m_hmWVP = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "mWVP" );
  //m_hmWIT = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "mWIT" );
  m_hvLightDir = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "vLightDir" );
  m_hvColor = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "vColor" );
  m_hvEyePos   = m_pEffect->GetParameterByName( NULL, "vEyePos" );
    }
    SAFE_RELEASE(pErr);

 return true;
}
void FrameUpDate()
{

}
void ScreenDraw()
{

// 画面をクリアする
    g_pd3dDevice->Clear( 0L, NULL, D3DCLEAR_TARGET|D3DCLEAR_ZBUFFER,
                         0x000000ff, 1.0f, 0L );
    //シーンの開始
    if(SUCCEEDED(g_pd3dDevice->BeginScene()))
    {

  Model[0].XFileDraw(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f,timeGetTime()/10000.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f);
  Model[1].XFileDraw(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f,timeGetTime()/300.0f,0.0f,0.0f,0.0f,3.0f);
  
        //シーンの終了
        g_pd3dDevice->EndScene();
    }

    //バックバッファを表画面に反映させる
    g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );

 

}
void GetFPS()
{
  FrameUpDate();
  ScreenDraw();
  Sleep(16);
}
DWORD WINAPI MainLoop(LPVOID vdParam)
{
 while(TRUE){
  GetFPS();
 }
 return 0;
}
HRESULT InitD3D( HWND hWnd )
{
 if(NULL==(g_pD3D=Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION))){return E_FAIL;}

    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
    ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
    d3dpp.Windowed = TRUE;
    d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
    d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;
    d3dpp.BackBufferCount = 1;
    d3dpp.MultiSampleType = D3DMULTISAMPLE_NONE;
    d3dpp.MultiSampleQuality = 0;
    d3dpp.EnableAutoDepthStencil = TRUE;
    d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16;
    d3dpp.hDeviceWindow = hWnd;
    d3dpp.Flags = 0;
    d3dpp.FullScreen_RefreshRateInHz = D3DPRESENT_RATE_DEFAULT;
 d3dpp.PresentationInterval = D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE ;

    if(FAILED(g_pD3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &g_pd3dDevice))){
        if(FAILED(g_pD3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &g_pd3dDevice))){
   return(E_FAIL);
        }
    }

 // Xファイルからメッシュをロードする
 Model[0].LoadXFile("land.x");
 Model[1].LoadXFile("ufo.x");


 Init();
    return S_OK;
}
LRESULT CALLBACK MsgProc(HWND hwnd , UINT msg , WPARAM wp , LPARAM lp) {
 switch (msg) {
  case WM_DESTROY:
   PostQuitMessage(0);
   return 0;
 }
 return DefWindowProc(hwnd , msg , wp , lp);
}

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance , HINSTANCE hPrevInstance ,PSTR lpCmdLine , int nCmdShow )
{
 MSG msg;
 DWORD dwID;


    WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L, 0L,
                      GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,
                      L"Window1", NULL };
    RegisterClassEx( &wc );

 RECT rect;
 SetRect(&rect,0,0,WINDOW_WIDTH,WINDOW_HEIGHT);
 AdjustWindowRect(&rect, WS_OVERLAPPEDWINDOW, FALSE);
 SetRect(&rect,0,0,rect.right-rect.left,rect.bottom-rect.top);

    hwnd = CreateWindow( L"Window1", L"HLSL",
    WS_OVERLAPPEDWINDOW & ~WS_THICKFRAME & ~WS_MAXIMIZEBOX, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, rect.right, rect.bottom,
                              NULL, NULL, wc.hInstance, NULL );

 if (hwnd == NULL) return 0;

  timeBeginPeriod(1);

 if(SUCCEEDED(InitD3D(hwnd))){
  ShowWindow(hwnd,SW_SHOWDEFAULT);
        UpdateWindow(hwnd);

  CreateThread(NULL , 0 , MainLoop , (LPVOID)hwnd , 0 , &dwID);
  while (GetMessage(&msg , NULL , 0 , 0 )) {
  TranslateMessage(&msg);
  DispatchMessage(&msg);
 }

 }
 UnregisterClass(L"Window1",wc.hInstance);
 timeEndPeriod(1);

 SAFE_RELEASE( m_pEffect );  // シェーダ
 SAFE_RELEASE( m_pDecl );  // 頂点宣言
 SAFE_RELEASE(g_pd3dDevice);
    SAFE_RELEASE(g_pD3D);
 return 0;
}

hlsl.fx

// -------------------------------------------------------------
// グローバル変数
// -------------------------------------------------------------

float4x4 mWVP;

float4 vLightDir; // ライトの方向
float4 vColor;  // ライト*メッシュの色
float3 vEyePos;  // カメラの位置(ローカル座標系)

// -------------------------------------------------------------
// 頂点シェーダからピクセルシェーダに渡すデータ
// -------------------------------------------------------------
struct VS_OUTPUT
{
    float4 Pos   : POSITION;
    float4 Color  : COLOR0;
    float3 N   : TEXCOORD0;
    float3 Eye   : TEXCOORD1;
float2 Tex : TEXCOORD2;
};
//テクスチャ
texture Tex;
sampler Samp = sampler_state
{
 Texture =<Tex>;
 MinFilter =LINEAR;
 MagFilter =LINEAR;
 MipFilter =NONE;

 AddressU =Clamp;
 AddressV =Clamp;
};
// -------------------------------------------------------------
// シーンの描画
// -------------------------------------------------------------
VS_OUTPUT VS(
      float4 Pos    : POSITION,          // ローカル位置座標
      float4 Normal : NORMAL,            // 法線ベクトル
float2 Tex : TEXCOORD
){
 VS_OUTPUT Out = (VS_OUTPUT)0;        // 出力データ
 
 // 座標変換
 Out.Pos = mul(Pos, mWVP);
 
 // 拡散光+環境光
 float amb = -vLightDir.w; // 環境光の強さ
 float3 L = -vLightDir; // ローカル座標系でのライトベクトル
 Out.Color = vColor * max(amb, dot(Normal, -vLightDir));
 
 // 鏡面反射用のベクトル
 Out.N   = Normal.xyz;
 Out.Eye = vEyePos - Pos.xyz;
Out.Tex = Tex;//テクスチャ座標
 
 return Out;
}
// -------------------------------------------------------------
float4 PS(VS_OUTPUT In) : COLOR
{  
 float3 L = -vLightDir.xyz;
 float3 H = normalize(L + normalize(In.Eye)); // ハーフベクトル
 float3 N = normalize(In.N);
 
   // return (In.Color+ pow(max(0,dot(N, H)), 10))*tex2D( Samp, In. Tex);// 拡散光+環境光
 return In.Color*1.5*tex2D( Samp, In. Tex)+ pow(max(0,dot(N, H)), 40); 
    //+ pow(max(0,dot(N, H)), 10); // 鏡面反射光
}

// -------------------------------------------------------------
// テクニック
// -------------------------------------------------------------
technique TShader
{
    pass P0
    {
        VertexShader = compile vs_2_0 VS();
        PixelShader  = compile ps_2_0 PS();
    }
}

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