3D Game Programming

1. 3D Game Programming 2장01 ~ 05 최하늘

2. 기초 용어 • 3차원 좌표계( 3D Coordinate System ) • D3D는 왼손 좌표계를 사용한다. 이는 Z축이 모니터의 안쪽으로 들어가는 방향이다. 3DS-MAX의 경우는 오른손 좌표계를 사용 한다. 데이터를 출력할때, 왼손 좌표계로 변환해 주어야 한다. Y, Z 축을 바꾸어 주면 된다.

3. 벡터( Vector ) 속력처럼 하나의 값으로 표기 가능한 숫자들을 스칼라( Scalar )라고 하며, 가속도나 속도처럼 크기와 방향을 동시에 표현해야만 정확히 표현할 수 있는 수치를 벡터라고 한다. 2차원 평면상의 벡터와 3차원 평면상의 벡터가 있다. 정점( Vertex ) 2차원이나 3차원 공간에서의 위치( Position )를 나타내는 점( Point )을 정점( Vertex )이라고 한다. 화면상에 실제로 보이게 되는 물리적인 점을 화소( Pixel )라고 한다

4. 변환( Transform ) 이동( Transition ), 회전( Rotation ), 크기( Scale ) 변환이 있다. 행렬( Matrix ) 변환을 할 때에 행렬을 사용한다. 3차원 그래픽에서 데이터량이 많아질수록 유용하다. 폴리곤( Polygon ) 3개의 정점이 모이면 하나의 면( Face )을 만들 수 있는데, 이 삼각형을 폴리곤이라고 한다. 변( Edge ) 폴리곤에서 정점과 정점을 연결하는 직선을 변( Edge )라고 한다. 그림자 볼륨 기법처럼 변을 사용해야 하는 기술이 있다. 메시( Mesh ) 폴리곤들이 모여서 하나의 3차원 물체를 만들어 내는데, 이를 메시라고 한다. 메시는 폴리곤이 모여서 만들어진 3차원 공간의 객체( Object )다.

5. 셰이딩( Shading ) • 셰이딩이란폴리곤에 음영을 넣는 작업을 말한다. 플랫 셰이딩, 고로 셰이딩, 퐁 셰이딩, 라디오시티, 광선추적등이 있다. 이 중 대부분의 비디오 카드에서 지원하는 하드웨어 가속은 플랫 셰이딩과 고로 셰이딩2가지 이다. HLSL등의 정점 셰이더등을 통하여 GPU 수준에서 구현할 수 있다. • 정점 셰이딩이란 정점의 위치를 계산하는 것이고 픽셀 셰이딩이란 화면의 픽셀의 색을 변환하는 것이다.

6. [DirectX] 행렬과 벡터의 곱, 회전 행렬 다이렉트x 는 행 우선이다.

7. D3D 의 회전 행렬 X축 Y축 Z축

8. 기초 용어 • 3차원 좌표계( 3D Coordinate System ) • D3D는 왼손 좌표계를 사용한다. 이는 Z축이 모니터의 안쪽으로 들어가는 방향이다. 3DS-MAX의 경우는 오른손 좌표계를 사용 한다. 데이터를 출력할때, 왼손 좌표계로 변환해 주어야 한다. Y, Z 축을 바꾸어 주면 된다.

9. 벡터( Vector ) 속력처럼 하나의 값으로 표기 가능한 숫자들을 스칼라( Scalar )라고 하며, 가속도나 속도처럼 크기와 방향을 동시에 표현해야만 정확히 표현할 수 있는 수치를 벡터라고 한다. 2차원 평면상의 벡터와 3차원 평면상의 벡터가 있다. 정점( Vertex ) 2차원이나 3차원 공간에서의 위치( Position )를 나타내는 점( Point )을 정점( Vertex )이라고 한다. 화면상에 실제로 보이게 되는 물리적인 점을 화소( Pixel )라고 한다

10. 변환( Transform ) 이동( Transition ), 회전( Rotation ), 크기( Scale ) 변환이 있다. 행렬( Matrix ) 변환을 할 때에 행렬을 사용한다. 3차원 그래픽에서 데이터량이 많아질수록 유용하다. 폴리곤( Polygon ) 3개의 정점이 모이면 하나의 면( Face )을 만들 수 있는데, 이 삼각형을 폴리곤이라고 한다. 변( Edge ) 폴리곤에서 정점과 정점을 연결하는 직선을 변( Edge )라고 한다. 그림자 볼륨 기법처럼 변을 사용해야 하는 기술이 있다. 메시( Mesh ) 폴리곤들이 모여서 하나의 3차원 물체를 만들어 내는데, 이를 메시라고 한다. 메시는 폴리곤이 모여서 만들어진 3차원 공간의 객체( Object )다.

11. 셰이딩( Shading ) • 셰이딩이란폴리곤에 음영을 넣는 작업을 말한다. 플랫 셰이딩, 고로 셰이딩, 퐁 셰이딩, 라디오시티, 광선추적등이 있다. 이 중 대부분의 비디오 카드에서 지원하는 하드웨어 가속은 플랫 셰이딩과 고로 셰이딩2가지 이다. HLSL등의 정점 셰이더등을 통하여 GPU 수준에서 구현할 수 있다. • 정점 셰이딩이란 정점의 위치를 계산하는 것이고 픽셀 셰이딩이란 화면의 픽셀의 색을 변환하는 것이다.

12. Transform Direct3D에서는 변환을 표현하기 위해 4x4 행렬과 1x4 벡터를 사용한다. v = (2, 6, -3, 1) T = x-축으로 10-단위 이동 v’ = v T = (12, 6, -3, 1) 왜 4x4 행렬을 사용하는가? 우리가 원하는 모든 변환(이동, 투영, 반사등을 포함하여)을 행렬로 표현할 수 있기 때문 또한 변환 수행을 위한 벡터-행렬 곱을 일정하게 할 수 있기 때문 Non-homogeneous/Homogeneous coordinates convert (x, y, z) = (x, y, z, 1) (x/w, y/w, z/w) = (x, y, z, w)

13. [DirectX] 행렬과 벡터의 곱, 회전 행렬 다이렉트x 는 행 우선이다.

14. D3D 의 회전 행렬 X축 Y축 Z축

15. 이동행렬스케일행렬 S(1/qx, 1/qy, 1/qz) D3DXMATRIX* D3DXMatrixScaling(D3DXMATRIX* pOut, FLOAT sx, FLOAT sy, FLOAT sz); D3DXMATRIX* D3DXMatrixTranslation(D3DXMATRIX* pOut, FLOAT x, FLOAT y, FLOAT z);

16. WinMain, Direct 3D 초기화, Rendering, Interface 해제 디바이스 생성

17. WinMain D3D 프로그램의 구조 • RegisterClassEx()로 생성하고자 하는 윈도우의 클래스를 등록 • CreateWindow() 로 윈도우 생성 • InitD3D함수에서 Direct3D 를 초기화 • ShowWindow, UpdateWindow()로 윈도우를 화면에 표시한다. • GetMessage(), TranslateMessage(), DispatchMessage()로 이루어진 루프를 수행한다. • 메시지루프를 빠져나올 경우 초기화한 Direct3D를메모리에서 해제한다. • 프로그램종료.

18. DirectX 인터페이스는 초기화 시점에서 HWND 핸들을 필요로 하기때문에CreateWindow()로 윈도우를 생성한 다음에 InitD3D()를호출한다. • WM_CLOSE, WM_DESTORY에서 Direct3D를해제하면 문제가 생긴다.

19. Direct 3D 초기화 함수 • Direct3DCreate9(): Direct3D객체를 생성해서 그 객체의 인터페이스 IDirect3D9를 리턴 해주는 함수. • IDirect3D9는 IDirect3DDevice9을 생성할 때까지만 의미가 있다. • IDirect3D9 인터페이스의 주된 역학을 디바이스 생성이다.

20. D3DPRESENT_PARAMETERS에 필요한 정보들을 채워 넣는다. • ZeroMemory()위 구조체의 내부를 깨끗이 0으로 지우는 것이다. • IDirect3D9 -> CreateDevice() 윈도우창에출력할것인지 등등의 정보를 초기화한 뒤 CreateDevice()함수에 넘긴다. • CreateDevice() 실제 디바이스를 생성하는 함수이다.

21. CreateDevice g_pD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd, D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &g_pd3dDevice )

22. CreateDevice HRESULT CreateDevice( UINT Adapter, D3DDEVTYPE DeviceType, HWND hFocusWindow, DWORD BehaviorFlags, D3DPRESENT_PARAMETERS* pPresentationParameters, IDirect3DDevice** ppReturnedDeviceInterface );

23. Adapter 디바이스를 생성할 화면의 순서 번호 D3DADAPTER_DEFAULT는 기본화면을 나타낸다. 모니터가 한 개 이상인 경우에만 해당된다. DeviceType 출력디바이스의 종류를 결정한다. D3DTYPE_HAL, D3DTYPE_SW, D3DTYPE_REF가 있는데, 이중 D3DDEVICE_HAL이 하드웨어 가속을 지워하는 디바이스이다.

24. hFocusWindow 디바이스가 출력할 윈도우의 핸들이다. 전체화면 모드일 경우 최상위 윈도우(부모가 없는 윈도우)만이 가능하다. BehaviorFlags 셰이더를지원할때 하드웨어 가속을 사용할 것인지,소프트웨어 가속을 사용할 것인지 결정하는 것. D3DCREATE_HARDWARE_VERTEXPROCESSING과 D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING이 중요하다.

25. pPresentationParameters 디바이스를 생성할 구조체의 포인터이다. ppReturnedDeviceInterface 전역변수로 선언한 렌더링에 사용될 D3D 디바이스의 값이다. IDirect3DDevice9의 인터페이스를 갖고 있는 포인터가 담겨서 돌아온다.

26. 주의할점 • NVIDIA의 GeForce2 기종은 하드웨어 셰이더를 지원하지 않으므로 D3DCREAT_HARDWARE_VERTEXPROCESSING과 같은 전달인자를 사용할 경우 디바이스가 생성되지 않느다. -> 따라서, 전달인자의 의미를 명확히 알 고 있어야 한다.

27. Rendering Clear() :먼저 화면을 깨끗이 지운다. BeginScene() : 이제부터 폴리곤을 그리겠다고 D3D에게 알린다. EndScene() : 폴리곤을 다 그렸다고 D3D에게 알린다. Present() :화면에 나타나게 한다.

28. Present() 의의미 • 실시간 3차원의 그래픽은 2개 이상의 화면으로 구성되어있다. • 내려진 명령들이 후면버퍼에 그려지고, 특정한 명령에 의하여 후면버퍼를 보이는 화면인 전면 버퍼로 전송하게 한다. • 만약, 전면에서 지우고 다시 그리게 되면 깜박임 현상이 나타난다. • 사용자에게 보이지 않는 후면버퍼에서 그리기 작업을 완료한 뒤 Present()를이용해서 전면 버퍼와 바꿔 치는 것이다.

29. 필요 없는 인터페이스 해제 • 해제 순서가 중요하다. • 디바이스는 인터페이스보다 나중에 생성되었다.해제 시, 인터페이스 해제 후 디바이스를 해제한다.

30. WinMain 윈도우프로시저 정점 버퍼 초기화 함수 사용자정의 정점 구조체 선언 정점구조체에 값 할당 정점 버퍼에 값쓰기 화면에 렌더링하기 Vertex

31. WinMain • RenderWinMain()의 핵심 부분인 메시지 루프안에 Render()를 넣음. • 이유? 게임의 경우 반응속도가 빨라야 하기 때문이다. • PeekMessageGetMessage() 가PeekMessage()로 바뀜.GetMessage() : 새로운 메시지가 발생할 때까지 대기상태임.PeekMessage() : 메시지가 있으면 처리하고, 없으면 다음 문장 실행.

32. 정점 버퍼 초기화 함수 • D3D 8.0 FVF를 사용해야 정점 셰이더를 사용할 수 있음. • FVF : Flexible Vertex Format 사용자가 직접 정점 구조체를 정의해서 사용하는 방식.

33. D3D의 정점 FVF구조

34. CUSTOMVERTEX • 사용자 정의 구조체 선언 • 구조체와 함께 반드시 플래그 선언도 해주어야 한다. • 구조체 선언부의 내용과 플래그 선언부의 내용이 다를 경우 작동하지 않는다.

35. 정점 구조체에 값 할당 • 정점 버퍼 : D3D에서 가장 중요한 개념중 하나이다.하드웨어 가속을 위해 좋은 것. • 정점버퍼의 메모리: 비디오 메모리, 시스템메모리로 두 가지의 메모리를 사용한다. • 비디오 메모리에 생성된 정점 버퍼 : GPU 의 도움으로 강력한 하드웨어 가속 가능. 하지만 비디오 카드 자체의 메모리 용량은 벗어 날 수 없다. • 시스템 메모리에 생성된 정점 버퍼: 풍부한 용량으로 상대적으로 많은 정점 버퍼를 관리 할 수 있다.

36. 정점 버퍼의 생성 CreateVertexBuffer( 3*sizeof(CUSTOMVERTEX), 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX, D3DPOOL_DEFAULT, &g_pVB, NULL )

37. 정점 버퍼의 구성요소 CreateVertexBuffer( UINT Length, DWORD Usage, DWORD FVF, D3DPOOL pool IDirect3DVertexBuffer9** ppVertexBuffer HANDLE pSharedHandle )

38. 광원 재질의 종류와 기능

39. 광원의 종류 주변광원 (Ambient Light) • 3차원 공간 내에서 메시의 배치나 위치와 상관 없이 똑같은 양으로 모든 곳을 비추는 빛의 강도를 말한다. • 방향, 위치가 없으며 색과 강도 만이 존재한다 g_pd3dDevice-> SetRenderState( D3DRS_AMBIENT, 0x00202020 );

40. D3DLIGHT9 light; /// 광원 구조체 light.Type = D3DLIGHT_POINT; light.Diffuse.r = 1.0f; /// 광원의 색깔과 밝기 light.Diffuse.g = 1.0f; light.Diffuse.b = 1.0f; g_pd3dDevice->SetLight( 0, &light );// 광원 설치 g_pd3dDevice->LightEnable( 0, TRUE ); // 0번 광원을 켠다 • 점광원(Point Light) • 직관적으로 가장 쉽게 생각할수 있는 빛 • 백열전구.. 광원의 위치에 따라 빛의 감쇠가 발생 • D3DLIGHT_POINT

41. 방향성 광원 (Directional Light) • 모든 광원의 방향이 하나의 방향을 갖는 것으로 ㅎ완벽하지는 않지만 태양을 예로들 수 있다. • 광원의 위치는 상관없고, 방향이 가장 중요한 요소다 • D3DLIGHT_DIRECTIONAL; 점적 광원 (Spot Light) • 정해진 위치와 범위에만 비추는 특수한 조명을 말한다. • 스포트라이트를 생각하면 된다. • D3DLIGHT_SPOT;

42. SetupLight() SetLight() : 광원설치 LightEnable() : 광원키기 SetRenderState(D3DRS_LIGHTING,TRUE)) : D3D 로하여금 광원 연산을 하도록하는메인스위치 DrawPrimitve() : 재질 설정 재질은 디바이스에 단 하나만 설정 가능

43. // 광원 설정 VOID SetupLights() { // 재질(material)설정 // 재질은 디바이스에 단하나만 설정 될 수 있다. D3DMATERIAL9 mtrl; ZeroMemory( &mtrl, sizeof(D3DMATERIAL9) ); mtrl.Diffuse.r = mtrl.Ambient.r = 1.0f; mtrl.Diffuse.g = mtrl.Ambient.g = 1.0f; mtrl.Diffuse.b = mtrl.Ambient.b = 0.0f; mtrl.Diffuse.a = mtrl.Ambient.a = 1.0f; g_pd3dDevice->SetMaterial( &mtrl);

44. // 광원 설정 D3DXVECTOR3 vecDir;    // 방향성 광원이 향할 빛의 방향 D3DLIGHT9 light;        // 광원 구조체 ZeroMemory(&light,sizeof(D3DLIGHT9));     // 구조체를0으로지운다. light.Type =D3DLIGHT_DIRECTIONAL; // 광원의 종류 light.Diffuse.r =1.0f;// 광원의 색깔과밝기 light.Diffuse.g =1.0f; light.Diffuse.b =1.0f; vecDir =D3DXVECTOR3(cosf(timeGetTime()/350.0f),// 광원의방향