CubeMapGS サンプル

[アーティクル]
05/11/2010

CubeMapGS サンプルは、Direct3D 10 の 2 つの新機能であるレンダーターゲット配列とジオメトリシェーダーを使用して、1 回の DrawIndexed() の呼び出しでキューブテクスチャーのレンダーターゲットをレンダリングする方法を示しています。レンダーターゲット配列を使用すると、複数のレンダーターゲットテクスチャーと深度ステンシルテクスチャーを同時にアクティブにすることができます。キューブテクスチャーの各面につき 1 つ、合計で 6 つのレンダーターゲットの配列を使用する場合、キューブの 6 つの面すべてをまとめてレンダリングできます。ジオメトリシェーダーが三角形を出力する場合、配列内のどのレンダーターゲットで三角形をラスター化するかを制御できます。ジオメトリシェーダーに渡される三角形ごとに 6 つの三角形がジオメトリシェーダーで生成され、各レンダーターゲットにつき 1 つの三角形がピクセルシェーダーに出力されます。

Bb204910.d3d10_sample_CubeMapGS(ja-jp,VS.85).jpg

Path

ソース :	(SDK ルート)\Samples\C++\Direct3D10\CubeMapGS
実行可能ファイル :	(SDK ルート)\Samples\C++\Direct3D10\Bin\x86 or x64\CubeMapGS.exe

サンプルの概要

環境マッピングは、3D グラフィックで広く使用され、サポートも充実している手法です。従来は、動的キューブ環境マップを作成する場合、キューブテクスチャーの各面のサーフェスを取得し、それらのサーフェスをレンダーターゲットとして設定することによって、キューブの各面ごとに 1 回ずつシーンをレンダリングしていました。次に、このキューブテクスチャーを使用して、環境マップが適用されたオブジェクトをレンダリングできます。この方法は、正常に機能しますが、レンダリングパスの数が 1 回から 7 回に増加し、アプリケーションのフレームレートが大幅に減少します。Direct3D 10 では、アプリケーションでジオメトリシェーダーとレンダーターゲット配列を使用して、この問題を軽減できます。

サンプルが動作するしくみ

Direct3D 10 のジオメトリシェーダーは、レンダリングする各プリミティブに対して実行するコードです。ジオメトリシェーダーの呼び出しごとに、ラスター化してピクセルシェーダーで処理するプリミティブ (複数可) を出力することができます。また出力しないように選択することもできます。また、ジオメトリシェーダーでは、出力するプリミティブをレンダーターゲット配列のどの要素スライスに出力するか制御できます。

Direct3D 10 のレンダーターゲット配列は、アプリケーションが複数のレンダーターゲットにプリミティブレベルで同時にレンダリングできるようにするための機能です。アプリケーションでは、ジオメトリシェーダーを使用して、プリミティブを出力し、プリミティブを受け取る配列内のレンダーターゲットを選択します。このサンプルでは、キューブテクスチャーの 6 つの面に対応する 6 つの要素を持つレンダーターゲット配列を使用しています。次のコード例は、キューブテクスチャーのレンダリングに使用するレンダーターゲットビューを作成します。

// Create the 6-face render target view
D3D10_RENDER_TARGET_VIEW_DESC DescRT;
DescRT.Format = dstex.Format;
DescRT.ViewDimension = D3D10_RTV_DIMENSION_TEXTURE2DARRAY;
DescRT.Texture2DArray.FirstArraySlice = 0;
DescRT.Texture2DArray.ArraySize = 6;
DescRT.Texture2DArray.MipSlice = 0;
pd3dDevice->CreateRenderTargetView( g_pEnvMap, &DescRT, &g_pEnvMapRTV );

DescRT.TextureCube.FirstArraySlice を 0、DescRT.TextureCube.ArraySize を 6 に設定することで、このレンダーターゲットビューが、キューブテクスチャーの各面につき 1 つ、合計 6 つのレンダーターゲットの配列であることを表します。このサンプルでは、キューブマップへのレンダリング時に、テクスチャーの 6 つのすべての面を同時にレンダリングできるように、ID3D10Device::OMSetRenderTargets() を呼び出し、このレンダーターゲットビューをアクティブなビューとして設定します。

// Set the env map render target and depth stencil buffer
ID3D10RenderTargetView* aRTViews[ 1 ] = { g_apEnvMapOneRTV[view] };
pd3dDevice->OMSetRenderTargets( sizeof(aRTViews) / sizeof(aRTViews[0]), 
    aRTViews, g_pEnvMapOneDSV );

CubeMap のレンダリング

トップレベルでは、レンダリングを Render() から開始し、Render() が RenderSceneIntoCubeMap()、RenderScene() を順に呼び出します。RenderScene() は、ビュー行列または射影行列を取得し、次に現在のレンダーターゲットにシーンをレンダリングします。RenderSceneIntoCubeMap() は、キューブテクスチャーへのシーンのレンダリングを処理します。次に、このテクスチャーは、環境マップされたオブジェクトをレンダリングするために RenderScene() で使用されます。

RenderSceneIntoCubeMap() では、最初に、キューブテクスチャーの 6 つの面へのレンダリングのために、6 つのビュー行列を計算する必要があります。これらの行列は、カメラ位置の視点と、-X、+X、-Y、+Y、-Z および +Z 方向の視野方向が格納されます。ブールフラグ m_bUseRenderTargetArray は、キューブマップのレンダリングに使用する手法を示します。false の場合、for ループがキューブマップの面に対して繰り返し処理を行い、キューブマップの各面に対して 1 回ずつ RenderScene() を呼び出してシーンをレンダリングします。ジオメトリシェーダーはレンダリングには使用されません。この手法は本質的に、Direct3D 9 以前で使用されていた従来の方法です。m_bUseRenderTargetArray が true の場合、キューブマップは RenderCubeMap エフェクトの手法でレンダリングされます。この手法では、ジオメトリシェーダーを使用して、各プリミティブを 6 つのすべてのレンダーターゲットに出力します。このため、RenderScene() を 1 回呼び出すだけで、キューブマップの 6 つの面すべてを描画できます。

次に示すように、キューブテクスチャーへのレンダリングに使用される頂点シェーダーは、VS_CubeMap です。このシェーダーは、頂点位置をオブジェクト空間からワールド空間にトランスフォームするという最小限の処理を行います。ワールド空間の位置は、ジオメトリシェーダーで必要となります。

struct VS_OUTPUT_CUBEMAP
{
    float4 Pos : SV_POSITION;    // World position
    float2 Tex : TEXCOORD0;      // Texture coord
};
VS_OUTPUT_CUBEMAP VS_CubeMap( float4 Pos : POSITION, float3 Normal : NORMAL, float2 Tex : TEXCOORD )
{
    VS_OUTPUT_CUBEMAP o = (VS_OUTPUT_CUBEMAP)0.0f;

    // Compute world position
    o.Pos = mul( Pos, mWorld );

    // Propagate tex coord
    o.Tex = Tex;

    return o;
}

このサンプルの 2 つのジオメトリシェーダーのうちの 1 つである GS_CubeMap を以下に示します。このシェーダーは、VS_CubeMap によって処理されたプリミティブにつき 1 回実行されます。このジオメトリシェーダーが出力する頂点フォーマットは、GS_OUTPUT_CUBEMAP です。この構造体の RTIndex フィールドには、専用のセマンティクスSV_RenderTargetArrayIndex が格納されています。このセマンティクスにより、RTIndex フィールドで、プリミティブが出力されるレンダーターゲットを制御できます。プリミティブの先頭頂点だけでレンダーターゲット配列インデックスを指定できることに注意してください。同じプリミティブのそれ以外のすべての頂点では、RTIndex は無視され、先頭頂点の値が使用されます。たとえば、このジオメトリシェーダーで、RTIndex の値が 2 の 3 つの頂点を構築して出力する場合、このプリミティブはレンダーターゲット配列の要素 2 になります。

トップレベルでは、シェーダーは、キューブの各面につき 1 回ずつ、合計で 6 回ループする for ループで構成されます。このループ内部では、別のループがキューブマップごとに 3 回実行され、三角形プリミティブの 3 つの頂点が作成されて出力されます。RTIndex フィールドは、外側のループの制御変数 f に設定されます。これにより、外側のループの各反復処理で、配列内の個々のレンダーターゲットにプリミティブが出力されます。頂点の出力前に実行する必要があるもう 1 つのタスクは、出力頂点構造体の Pos フィールドを計算することです。Pos のセマンティクスは、SV_POSITION です。これは、ラスタライザーが三角形を適切にラスター化するために必要な頂点の射影座標を表します。頂点シェーダーはワールド空間の位置を出力するため、ジオメトリシェーダーはビュー行列と射影行列によって位置をトランスフォームする必要があります。ループ内で頂点のトランスフォームに使用されるビュー行列は、g_mViewCM[f] です。この行列の配列にはサンプルが格納されており、環境マップが適用されたオブジェクトから見たキューブマップの 6 つの面をレンダリングするビュー行列が含まれています。したがって、各反復処理で、異なるビュートランスフォーム行列を使用して別々のレンダーターゲットに頂点が出力されます。これにより、DrawIndexed() を複数回呼び出すことなく、1 回のパスで、1 つの三角形が 6 つのレンダーターゲットテクスチャーにレンダリングされます。

struct GS_OUTPUT_CUBEMAP
{
    float4 Pos : SV_POSITION;     // Projection coord
    float2 Tex : TEXCOORD0;       // Texture coord
    uint RTIndex : SV_RenderTargetArrayIndex;
};

[maxvertexcount(18)]
void GS_CubeMap( triangle VS_OUTPUT_CUBEMAP In[3], inout TriangleStream<GS_OUTPUT_CUBEMAP> CubeMapStream )
{
    for( int f = 0; f < 6; ++f )
    {
        // Compute screen coordinates
        GS_OUTPUT_CUBEMAP Out;
        Out.RTIndex = f;
        for( int v = 0; v < 3; v++ )
        {
            Out.Pos = mul( In[v].Pos, g_mViewCM[f] );
            Out.Pos = mul( Out.Pos, mProj );
            Out.Tex = In[v].Tex;
            CubeMapStream.Append( Out );
        }
        CubeMapStream.RestartStrip();
    }
}

ピクセルシェーダー PS_CubeMap は、比較的単純です。このシェーダーは、ディフューズテクスチャーをフェッチしてメッシュに適用します。このテクスチャーにはライティングが書き込まれるため、ピクセルシェーダーではライティングは実行されません。

反射オブジェクトのレンダリング

シーンの中央の反射オブジェクトのレンダリングには、3 つの手法が使用されます。3 つの手法はすべて、キューブマップからテクセルをフェッチします。これらは、1 回のパスでレンダリングされないキューブマップからフェッチする手順と同じです。つまり、これらの手法は、生成されるキューブマップを使用する方法と直行します。これら 3 つの手法は主な違いは、キューブマップのテクセルを使用する方法にあります。RenderEnvMappedScene は、近似フレネル反射関数を使用して、車の塗料の色をキューブマップからの反射とブレンドします。RenderEnvMappedScene_NoTexture は、塗装のマテリアルなしで同じ処理を行います。RenderEnvMappedGlass は、RenderEnvMappedScene_NoTexture に透明度を追加します。

高次の法線補間

従来の法線補間は線形でした。そのため、頂点シェーダーで計算された法線は、三角形の面に沿って線形補間されます。これにより、法線の方向がポリゴンの面に沿って急激に変化する場合は、車の反射はずれて表示されます。この問題を軽減するために、このサンプルでは 2 次法線補間を使用しています。この場合、ジオメトリシェーダーで 3 つの追加法線が計算されます。これらの法線は、三角形の各エッジの中央に配置され、そのエッジを構成する頂点の 2 つの法線の平均になります。また、ジオメトリシェーダーは各頂点の重心座標を計算します。これは、6 つの法線間の補間に使用するためにピクセルシェーダーに渡されます。

Bb204910.d3d10_sample_CubeMapGS_1(ja-jp,VS.85).gif

ピクセルシェーダーでは、これら 6 つの法線の重みが 6 つの基底関数によって決定され、すべて加算されて、特定のピクセルの法線が作成されます。この基底関数は次のようになります。

2x^2 + 2y^2 + 4xy -3x -3y + 1
-4x^2 -4xy + 4x
2x^2 - x
-4y^2 -4xy + 4y
2y^2 - y
4xy

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