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### 3D游戏程序设计入门：DirectX® 9.0关键知识点解析 #### 引言 《3D游戏程序设计入门（DirectX® 9.0）》是一本由翁云兵根据Frank D. Luna的著作《Introduction to 3D Game Programming with DirectX 9.0》编译整理的教程，旨在为初学者提供3D游戏开发的基础知识，特别是在DirectX 9.0环境下进行游戏编程的方法论。以下是对该教程中提及的关键知识点的详细解析。 #### 第一部分：必备的数学知识 1. **三维空间中的向量**：向量是3D游戏开发中的基础概念，用于表示位置、方向和速度。向量的相等、大小计算、规范化、相加、相减、数与向量的乘积、点积和叉积都是处理空间中物体运动和交互的重要工具。 2. **矩阵**：矩阵用于表示线性变换，包括平移、旋转和缩放。理解矩阵的相等、数乘、加法、乘法、单位矩阵、逆转和转置对于实现复杂的空间变换至关重要。 3. **基本变换**：平移、旋转和缩放是3D游戏中最常见的三种变换类型，它们可以通过特定的矩阵来实现。 4. **综合变换**：将多种基本变换组合在一起，形成复杂的变换序列，这是在游戏场景中调整物体位置、方向和大小的关键。 5. **向量变换函数**：这些函数用于简化向量操作，例如将向量转换到不同的坐标系统中。 6. **平面**：平面是3D空间中的二维无限延伸面，理解和操作平面对于碰撞检测、光照计算等非常重要。 #### 第二部分：Direct3D基础 1. **初始化Direct3D**：这部分涵盖了如何设置Direct3D环境，包括创建Direct3D设备、检测硬件支持、配置显示参数等。 2. **渲染管道**：介绍Direct3D中的渲染流程，包括顶点处理、三角形渲染、光照计算、裁剪、投影、光栅化等步骤，这是实现3D图形渲染的核心过程。 3. **在Direct3D中画画**：详细讲解了如何使用顶点和索引缓存来绘制3D图形，以及如何设置渲染状态和使用Direct3D API进行绘制。 4. **色彩**：探讨了颜色在3D图形中的表示方法，以及如何通过顶点颜色和着色处理来增强3D模型的视觉效果。 5. **灯光**：讲解了如何在3D场景中添加灯光，包括灯光的类型、材质属性和光照模型，这对于营造逼真的游戏环境至关重要。 #### 结语 《3D游戏程序设计入门（DirectX® 9.0）》提供了丰富的理论知识和实践指导，对于想要进入3D游戏开发领域的初学者来说，是一本不可多得的宝贵资源。通过深入学习这些知识点，开发者可以掌握使用DirectX 9.0进行3D游戏编程的基本技能，为后续更高级的游戏开发打下坚实的基础。然而，值得注意的是，随着技术的发展，DirectX版本也在不断更新，目前最新的版本是DirectX 12，因此在实际项目中，开发者应根据当前的硬件和技术标准选择合适的API进行开发。
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3D 游戏程序设计入门（DirectX® 9.0）
翁云兵
声明：
z 本教程内容绝大部分来自 Frank D. Luna 所著的《Introduction to 3D Game Programming with
DirectX 9.0》。教程内容（特别是语言表达上）大部分是我根据自己理解所写的，因此也不
是此书的中文翻译版。
z 由于我的英文水平很差，翻译过来就难免有错了，望读者原谅。当然如你认为我的水平实
在是让人无法忍受那么请直接查阅英文教程。
z 由于我的工作太忙且水平有限，计划一周一篇文章。希望读者能够支持我。给我多提意见。
z 此中文教程版权归我所有。
z 非商业应用可免费使用本教程。商业应用请同作者联系，Email：WengYB@126.com
。
特别感谢：
z www.GameRes.com 是他让我走上了游戏开发的道路。
z 一直关心支持我的同事、同学。
z 我最最亲爱的老婆，没有她我不可能写出这本教程。
声明：............................................................................................................................................................. 1
特别感谢：............................................................................................................................................. 1
第一部分 必备的数学知识...........................................................................................................................7
目标......................................................................................................................................................... 7
三维空间中的向量................................................................................................................................. 7
向量相等............................................................................................................................................... 10
计算向量大小.......................................................................................................................................10
规范化向量........................................................................................................................................... 11
向量相加............................................................................................................................................... 11
向量相减............................................................................................................................................... 12
数与向量的乘积...................................................................................................................................13
点积....................................................................................................................................................... 13
叉积....................................................................................................................................................... 14
矩阵....................................................................................................................................................... 15
相等、数乘矩阵以及相加................................................................................................................... 15
乘法....................................................................................................................................................... 16
单位矩阵............................................................................................................................................... 17
逆转....................................................................................................................................................... 17
矩阵的转置........................................................................................................................................... 18
D3DX 矩阵 .......................................................................................................................................... 18
基本变换............................................................................................................................................... 20
矩阵平移............................................................................................................................................... 22
矩阵旋转............................................................................................................................................... 23
矩阵缩放............................................................................................................................................... 24
综合变换............................................................................................................................................... 25
一些向量变换函数............................................................................................................................... 26
平面....................................................................................................................................................... 27
D3DX 平面 ........................................................................................................................................... 27
点和平面的空间关系........................................................................................................................... 28
创建平面............................................................................................................................................... 28
规范化平面........................................................................................................................................... 29
变换平面............................................................................................................................................... 30
点到平面上最近的点........................................................................................................................... 30
射线（可选的）...............................................................................................................................
....31
射线....................................................................................................................................................... 31
线/面相交.............................................................................................................................................. 31
摘要（略）........................................................................................................................................... 32
第二部分 Direct3D 基础............................................................................................................................. 33
第一章 初始化 Direct3D ............................................................................................................... 33
目标....................................................................................................................................................... 33
1.1 Direct3D 概述................................................................................................................................. 33
1.1.1 REF Device .......................................................................................................................... 34
1.1.2 D3DDEVTYPE.................................................................................................................... 34
1.2 COM................................................................................................................................................ 34
1.3 一些准备工作................................................................................................................................34
1.3.1 表面..................................................................................................................................... 34
1.3.2 Multisampling ...................................................................................................................... 36
1.3.3 像素格式..............................................................................................................................37
1.3.4 内存池................................................................................................................................. 37
1.3.5 交换链和页面切换 ............................................................................................................. 37
1.3.6 深度缓冲............................................................................................................................. 38
1.3.7 顶点处理............................................................................................................................. 39
1.3.8 设备能力............................................................................................................................. 39
1.4 初始化 Direct3D ...........................................................................................................................40
1.4.1 获得 IDirect3D9 接口..........................................................................................................40
1.4.2 检测硬件顶点处理 ............................................................................................................. 41
1.4.3 填充 D3DPRESENT_PARAMETERS 结构...................................................................... 42
1.4.4 创建 IDirect3DDevice9 对象.............................................................................................. 43
1.5 初始化 Direct3D 实例 ................................................................................................................... 44
1.5.1 d3dUtility.h/cpp.................................................................................................................... 45
1.5.2 实例框架............................................................................................................................. 47
1.5.3 D3D Init 实例...................................................................................................................... 47
1.6 摘要（略）..................................................................................................................................... 49
第二章 渲染管道................................................................................................................................. 50
目标....................................................................................................................................................... 50
2.1 表现模型......................................................................................................................................... 50
2.1.1 顶点格式............................................................................................................................. 51
2.1.2 三角形................................................................................................................................. 52
2.1.3 索引..................................................................................................................................... 52
2.2 虚拟摄相机..................................................................................................................................... 53
2.3 渲染管道........................................................................................................................................ 54
2.3.1 自身坐标系（Local Space） .............................................................................................. 54
2.3.2 世界坐标系（World Space）..............................................................................................55
2.3.3 视图坐标系（View Space） ............................................................................................... 56
2.3.4 背面拣选（Backface Culling） .......................................................................................... 57
2.3.5 光源（Lighting） ................................................................................................................ 58
2.3.6 裁剪（Clipping）................................................................................................................ 58
2.3.7 投影（Projection）.............................................................................................................. 59
2.3.8 视口变换（Viewport Transform）...................................................................................... 60
2.3.9 光栅化（Rasterization）.....................................................................................................62
2.4 摘要(略) .........................................................................................................................................62
第三章 在 Direct3D 中画画 ................................................................................................................ 62
目标....................................................................................................................................................... 62
3.1 顶点/索引缓存................................................................................................................................ 62
3.1.1 创建一个顶点和索引缓存.................................................................................................. 63
3.1.2 访问缓冲内存..................................................................................................................... 64
3.1.3 找回顶点和索引缓存信息 .................................................................................................65
3.2 渲染状态........................................................................................................................................ 66
3.3 绘制准备........................................................................................................................................ 66
3.4 用顶点/索引缓存绘制.................................................................................................................... 67
3.4.1 IDirect3DDevice9::DrawPrimitive....................................................................................... 67
3.4.2 IDirect3DDevice9::DrawIndexedPrimitive.......................................................................... 67
3.4.3 开始/结束场景.................................................................................................................... 69
3.5 D3DX 几何物体 ............................................................................................................................. 69
3.6 实例程序：三角形、立方体、茶壶、D3DXCreate* ................................................................. 70
3.7 摘要（略）....................................................................................................................................74
第四章 色彩.........................................................................................................................................75
目标....................................................................................................................................................... 75
4.1 颜色表示法............................................................................................................................... 75
4.2 顶点颜色........................................................................................................................................ 77
4.3 着色处理........................................................................................................................................ 77
4.4 实例程序：彩色三角形................................................................................................................ 78
4.5 摘要(略) .........................................................................................................................................80
第五章 灯光.........................................................................................................................................80
目标....................................................................................................................................................... 80
5.1 灯光的组成..................................................................................................................................... 81
5.2 材质................................................................................................................................................. 81
5.3 顶点法线......................................................................................................................................... 83
5.4 光源................................................................................................................................................. 85
5.5 实例程序：灯光.............................................................................................................................87
5.6 附加实例......................................................................................................................................... 90
5.7 摘要(略) ..........................................................................................................................................90
第六章 纹理.........................................................................................................................................90
目标....................................................................................................................................................... 91
6.1 纹理坐标........................................................................................................................................ 91
6.2 创建并赋予材质.............................................................................................................................93
6.3 过滤器............................................................................................................................................. 93
6.4 Mipmaps.......................................................................................................................................... 94
6.4.1 Mipmaps 过滤器.................................................................................................................. 95
6.4.2 Direct3D 中使用 Mipmaps .................................................................................................. 95
6.5 寻址模式........................................................................................................................................ 95
6.6 实例程序：有纹理的方块............................................................................................................. 97
6.7 摘要(略) 第七章 混合 .................................................................................................................. 99
第七章 混合.......................................................................................................................................100
目标..................................................................................................................................................... 100
7.1 混合因素....................................................................................................................................... 100
7.2 混合要素....................................................................................................................................... 102
7.3 透明度........................................................................................................................................... 102
7.3.1Alpha 通道 .......................................................................................................................... 102
7.3.2 指定 Alpha 资源 ................................................................................................................ 103
7.4 使用 DirectX 纹理工具创建 Alpha 通道 .................................................................................... 103
7.5 实例程序：透明度....................................................................................................................... 105
7.6 摘要(略) ........................................................................................................................................ 107
第八章 模版.......................................................................................................................................107
目标..................................................................................................................................................... 108
8.1 使用模版缓存...............................................................................................................................109
8.1.1 请求一个模版缓存............................................................................................................ 109
8.1.2 模版测试............................................................................................................................109
8.1.3 控制模版测试.................................................................................................................... 110
8.1.3.1 模版参考值（Reference Value） .................................................................................. 110
8.1.3.2 模版掩码......................................................................................................................... 110
8.1.3.3 模版值（Stencil Value） ............................................................................................... 110
8.1.3.4 比较运算......................................................................................................................... 110
8.1.3 更新模版缓存.................................................................................................................... 111
8.1.4 模版写掩码........................................................................................................................ 111
8.2 实例程序：镜子........................................................................................................................... 112
8.2.1 反射数学............................................................................................................................ 112
8.2.2 镜面实现流程.................................................................................................................... 113
8.2.3 代码和解释........................................................................................................................ 114
8.2.3.1 第一部分......................................................................................................................... 115
8.2.3.2 第二部分......................................................................................................................... 115
8.2.3.3 第三部分......................................................................................................................... 116
8.2.3.4 第四部分......................................................................................................................... 116
8.2.3.5 第五部分......................................................................................................................... 117
8.3 实例程序：平面阴影................................................................................................................... 117
8.3.1 平行光阴影
........................................................................................................................ 119
8.3.2 点光源阴影........................................................................................................................ 120
8.3.3 阴影矩阵............................................................................................................................120
8.3.4 用模版缓存防止双倍混合................................................................................................ 121
8.3.5 代码和解释........................................................................................................................ 122
8.4 摘要(略) ........................................................................................................................................ 123
第三部分 实用的 Direct3D .......................................................................................................................124
第九章 字体.......................................................................................................................................124
目标..................................................................................................................................................... 124
9.1 ID3DXFont.................................................................................................................................... 124
9.1.1 创建一个 ID3DXFont........................................................................................................ 124
9.1.2 绘制文本............................................................................................................................125
9.1.3 计算每秒的渲染帧数........................................................................................................ 125
9.2 CD3DFont ..................................................................................................................................... 126
9.2.1 创建一个 CD3DFont ......................................................................................................... 126
9.2.2 绘制文本............................................................................................................................126
9.2.3 清除................................................................................................................................... 127
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