D3D学习三：矩阵Matrices

矩阵和坐标转换的问题一直让我纠结无比，无奈两年前学的线性代数忘得七七八八了，昨天跑去听一专业的课计算机图形学，刚好讲到坐标变换，不过他们讲的还是二维的，不过也差不多了，讲了几个矩阵的构造用法，例如平移，旋转，缩放等，听得纠结，有些计算实在有点困难，虽然D3D9里面都有函数接口，但有时候是在不好理解-，-，还是得抽空去看看数学

。







源代码(《3D游戏编程》金容俊/肖永亮)

//使用矩阵
//熟悉创建设备和顶点的方法
//想要自由创建三维顶点，必须使用4*4大小的矩阵。基本的矩阵变换包括移动(transition)、
//旋转(rotation)和缩放(scaling)三种。几何信息为模型坐标系，必须变换为三维世界坐标系。
//这时使用世界矩阵，再次将世界坐标系的集合信息变换为摄像机坐标系。这时使用的是视图
//矩阵。只有将视图矩阵的集合信息投影到二维平面，才能绘制到窗口。也就是说：经过世界
//坐标->视图矩阵->投影矩阵的变换才能进行绘图(当然，还需要进行裁剪等处理工作)

#include <Windows.h>
#include <mmsystem.h>			//使用TimeGetTime()函数包含的首部
#include <d3dx9.h>

//全局参数
LPDIRECT3D9			g_pD3D	= NULL;  //创建D3D设备的D3D对象参数
LPDIRECT3DDEVICE9		g_pd3dDevice = NULL; //渲染使用中的D3D设备
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9		g_pVB	= NULL; //存储顶点的顶点缓冲

//定义用户顶点的结构体
struct CUSTOMVERTEX
{
FLOAT x, y, z;		//顶点的三维坐标
DWORD color;		//顶点的颜色
};

//表现用户顶点结构体信息的FVF
//结构体由X, Y, Z, RHW值和Diffuse颜色组成
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX  (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_DIFFUSE)

//Direct3D初始化
HRESULT InitD3D(HWND hWnd)
{
//创建一个用来创建设备的D3D对象
if(NULL == (g_pD3D = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION)))
return E_FAIL;

//创建设备的结构体
D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
ZeroMemory(&d3dpp, sizeof(d3dpp));
d3dpp.Windowed = TRUE;
d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;

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

//起到卷起功能，对三角形的前面、后面进行渲染
g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE);

//顶点具有颜色值，能起到光源功能
g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);

//这里对设备状态信息进行处理
return S_OK;
}

//几何信息初始化
HRESULT InitGeometry()
{
//渲染三角形的三个顶点
CUSTOMVERTEX g_Vertices[] =
{
{ -1.0f, -1.0f, 0.0f, 0xffff0000, },
{  1.0f, -1.0f, 0.0f, 0xff0000ff, },
{  0.0f,  1.0f, 0.0f, 0xffffffff, },
};

//创建顶点缓冲
//分配存储三个用户顶点的存储器
//指定存储FVF的数据格式
if(FAILED(g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(3*sizeof(CUSTOMVERTEX), 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX,
D3DPOOL_DEFAULT, &g_pVB, NULL)))
{
return E_FAIL;
}

//将数据写入顶点缓冲
//调用顶点缓冲的Lock()函数，定义指针
VOID* pVertices;
if(FAILED(g_pVB->Lock(0, sizeof(g_Vertices), (void**)&pVertices, 0)))
return E_FAIL;
memcpy(pVertices, g_Vertices, sizeof(g_Vertices));
g_pVB->Unlock();

return S_OK;
}

//删除初始化对象
VOID Cleanup()
{
if(g_pVB != NULL)
g_pVB->Release();

if(g_pd3dDevice != NULL)
g_pd3dDevice->Release();

if(g_pD3D != NULL)
g_pD3D->Release();
}

//创建矩阵：矩阵分为世界矩阵、视图矩阵、投影矩阵
VOID SetupMatrices()
{
//世界矩阵
D3DXMATRIXA16 matWorld;

UINT iTime = timeGetTime() % 1000;     //运行1000的余数运算，以保证Float运算的精确度
FLOAT fAngle = iTime * (2.0f * D3DX_PI) / 1000.0f;	  //创建每1000毫秒旋转一圈(2 * pi)的旋转矩阵
D3DXMatrixRotationY(&matWorld, fAngle);				 //创建以Y轴为旋转轴的旋转矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, &matWorld);		//在设备中将创建的矩阵设定为世界矩阵

//视图矩阵
//定义视图矩阵需要3个值
D3DXVECTOR3 vEyePt(0.0f, 3.0f, -5.0f);			//1.眼睛的位置（0，3.0，-5）
D3DXVECTOR3 vLookatPt(0.0f, 0.0f, 0.0f);		//2.眼睛观察的位置（0,0,0）
D3DXVECTOR3 vUpVec(0.0f, 1.0f, 0.0f);			//3.表现顶点方向的上方向量（0,1,0）
D3DXMATRIXA16 matView;
D3DXMatrixLookAtLH(&matView, &vEyePt, &vLookatPt, &vUpVec);	//由1,2,3的值创建视图矩阵
g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW, &matView);		//在设备中设定创建的视图矩阵

//投影矩阵
//定义投影矩阵需要视角(FOV = Field of view)、长宽比(aspect ratio)和裁剪平面的值
D3DXMATRIXA16 matProj;
//matProj		: 设定值的矩阵
//D3DX_PI/4  : FOV (D3DX_PI/4 = 45°)
//1.0f				: 长宽比
//1.0f				: 近裁剪面（near clipping plane）
//100.0f			: 远裁剪面（far clipping plane）
D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 100.0f);
g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &matProj);			//在设备中设定创建的投影矩阵
}

//绘图
VOID Render()
{
//将后置缓冲清除，同时设置为蓝色（0,0,255）
g_pd3dDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0), 1.0f, 0);

//开始渲染
if(SUCCEEDED(g_pd3dDevice->BeginScene()))
{
//创建世界矩阵、视图矩阵、投影矩阵
SetupMatrices();

//绘制顶点缓冲的三角形
//1.使包含顶点的缓冲绑定一个设备数据流
g_pd3dDevice->SetStreamSource(0, g_pVB, 0, sizeof(CUSTOMVERTEX));
//2.想D3D指定顶点着色信息，大多数情况下只指定FVF格式
g_pd3dDevice->SetFVF(D3DFVF_CUSTOMVERTEX);
//3.调用输出几何的DrawPrimitive()函数
g_pd3dDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 1);

//结束渲染
g_pd3dDevice->EndScene();
}

//显示后置缓冲的动画
g_pd3dDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);

}

//窗口过程
LRESULT WINAPI MsgProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
switch(msg)
{
case WM_DESTROY:
Cleanup();
PostQuitMessage(0);
return 0;
}

return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);
}

//程序的起始地址
INT WINAPI WinMain(HINSTANCE hInst, HINSTANCE, LPSTR, INT)
{
//注册窗口类
WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L, 0L,
GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,
TEXT("D3D Tutorial"), NULL };
RegisterClassEx(&wc);

//创建窗口 GetDesktopWindow()
HWND hWnd = CreateWindow(TEXT("D3D Tutorial"), TEXT("D3D Tutorial 03：Matrices"),
WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 100, 300, 300,
GetDesktopWindow(), NULL, wc.hInstance, NULL);

//Direct3D初始化
if(SUCCEEDED(InitD3D(hWnd)))
{
//顶点缓冲
if(SUCCEEDED(InitGeometry()))
{
//显示窗口
ShowWindow(hWnd,SW_SHOWDEFAULT);
UpdateWindow(hWnd);

//消息循环
MSG msg;
ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));
while(msg.message != WM_QUIT)
{
//消息队列中友消息时，调用相应的处理过程
if(PeekMessage(&msg, NULL, 0U, 0U, PM_REMOVE))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
else
//如果没有需要处理的消息，调用Reader()函数
Render();
}
}
}

//删除注册的类
UnregisterClass(TEXT("D3D Tutorial"), wc.hInstance);
return 0;
}