精通DirectX 3D图形与动画程序设计

第一部分　基础篇

第1章　DirectX与Direct3D简介　3
1.1　什么是DirectX和Direct3D　3
1.2　DirectX的发展历史　4
1.3　DirectX 9.0的安装与配置　5
1.3.1　DirectX 9.0的安装　5
1.3.2　选择调试或发布库　9
1.3.3　在Visual Studio.NET IDE中配置DirectX　11
1.3.4　浏览DirectX SDK示例程序　13
1.4　DirectX功能组件　14
1.5　DirectX的几种开发方式　16
1.6　小结　16
第2章　Direct3D程序设计基础　18
2.1　相关基础知识　18
2.2　Direct3D体系结构　19
2.3　Direct3D对象　21
2.4　Direct3D设备对象　21
2.4.1　Direct3D设备类型　21
2.4.2　创建Direct3D设备对象　23
2.5　Direct3D程序基本结构　25
2.6　最简单的Direct3D程序　25
2.6.1　工程项目和开发环境设置　29
2.6.2　创建窗口　31
2.6.3　初始化Direct3D　31
2.6.4　消息循环　33
2.6.5　渲染图形　34
2.6.6　结束Direct3D程序　36
2.7　Direct3D设备对象深入探讨　36
2.8　Direct3D表面　42
2.9　小结　47
第3章　坐标系与基本图元　48
3.1　Direct3D坐标系　48
3.2　Direct3D基本图元　49
3.3　使用顶点缓冲区绘制图形　52
3.3.1　创建顶点缓冲区　53
3.3.2　渲染顶点缓冲区图形　55
3.3.3　各种基本图元绘制　60
3.4　使用索引缓冲区绘制图形　62
3.5　图形渲染其他相关内容　68
3.5.1　灵活顶点格式　68
3.5.2　渲染状态　69
3.5.3　场景提交　72
3.5.4　图形反锯齿(antialiasing)　73
3.5.5　全屏幕显示　76
3.6　Direct3D中的颜色表示　77
3.7　资源的概念　79
3.8　小结　83
第4章　顶点坐标变换　84
4.1　顶点坐标变换和光照流水线概述　84
4.2　矩阵类型及其操作　86
4.3　世界变换　89
4.4　取景变换　92
4.5　投影变换　94
4.6　视区变换　98
4.7　获取Direct3D坐标变换矩阵　101
4.8　三维坐标变换示例程序　102
4.9　小结　108
第5章　光照与材质　109
5.1　光照计算模型　109
5.2　光源　111
5.2.1　光源类型　111
5.2.2　光源属性　113
5.2.3　设置灯光　115
5.2.4　对光源的几点说明　116
5.3　材质　116
5.3.1　设置材质　117
5.3.2　获取材质属性　118
5.4　光照和材质示例程序　118
5.4.1　简单光照示例程序　119
5.4.2　多光源光照示例程序　124
5.4.3　使用灯光的几点说明　132
5.5　深入理解光照计算模型　132
5.6　小结　137
第6章　纹理映射基础　138
6.1　基本概念　138
6.2　使用纹理　140
6.3　纹理过滤方式　147
6.3.1　最近点采样　149
6.3.2　线性纹理过滤　149
6.3.3　各项异性纹理过滤　149
6.3.4　多级渐进纹理过滤　150
6.3.5　纹理过滤方式示例程序　152
6.4　纹理寻址模式　155
6.4.1　重叠纹理寻址模式　155
6.4.2　镜像纹理寻址模式　156
6.4.3　夹取纹理寻址模式　156
6.4.4　边框颜色纹理寻址模式　157
6.4.5　纹理寻址模式示例程序　157
6.5　纹理阶段混合状态　159
6.5.1　纹理阶段混合状态设置　159
6.5.2　纹理阶段混合状态示例程序　161
6.6　纹理包装　167
6.7　小结　169
第7章　使用文件模型　170
7.1　三维模型基础　170
7.2　模型文件格式转换　171
7.2.1　3ds Max制作的模型转换为.X文件模型　171
7.2.2　Maya制作的模型转换为.X文件模型　173
7.3　在Direct3D程序中载入模型　178
7.3.1　网格模型接口ID3DXMESH　178
7.3.2　载入.X文件并生成网格模型　179
7.4　渲染网格模型　181
7.5　三维模型旋转　187
7.5.1　通过矩阵实现模型旋转　187
7.5.2　通过四元数实现模型旋转　190
7.6　使用文件模型的几点提示　193
7.7　小结　193
第8章　深度测试与Alpha混合　194
8.1　深度测试　194
8.1.1　深度缓冲区与深度测试　194
8.1.2　使用深度测试　195
8.2　半透明物体的绘制　203
8.2.1　Alpha混合原理　203
8.2.2　利用Alpha混合实现半透明效果　203
8.2.3　Alpha混合系数　210
8.3　Alpha测试　213
8.3.1　Alpha测试原理　213
8.3.2　使用Alpha测试　213
8.4　小结　214
第9章　雾化　215
9.1　雾化效果实现原理　215
9.2　雾化混合因子计算方法　215
9.3　顶点雾化与像素雾化　217
9.3.1　顶点雾化与基于范围的雾化　217
9.3.2　像素雾化和与眼相关深度雾化　218
9.4　为场景添加雾化效果　218
9.4.1　顶点雾化示例程序　218
9.4.2　像素雾化示例程序　226
9.4.3　基于范围的雾化示例程序　227
9.5　对雾化效果的几点说明　228
9.6　小结　229
第10章　字体与文本显示　230
10.1　二维文本绘制　230
10.2　三维文本绘制　235
10.3　小结　241

第二部分　高级技术篇

第11章　应用程序框架　245
11.1　生成一个Direct3D程序框架　245
11.2　使用Direct3D程序框架　247
11.3　Direct3D程序框架剖析　251
11.3.1　DXUT简介　251
11.3.2　初始化DXUT　253
11.3.3　DXUT框架与应用程序窗口　254
11.3.4　DXUT框架与Direct3D设备　256
11.3.5　DXUT框架与消息循环　260
11.3.6　DXUT框架与错误处理　264
11.3.7　通过DXUT选择高级设备　265
11.3.8　其他DXUT函数　266
11.4　添加文本　268
11.4.1　初始化ID3DXSprite和ID3DXFont对象　268
11.4.2　绘制文本　268
11.4.3　处理键盘消息　269
11.5　添加控件　270
11.5.1　初始化对话框　270
11.5.2　渲染控件　273
11.5.3　处理控件消息　273
11.5.4　释放对话框　275
11.6　小结　281
第12章　高级纹理技术　282
12.1　多层纹理映射　282
12.2　纹理阶段混合操作　285
12.2.1　黑暗映射　287
12.2.2　黑暗贴图动画　289
12.2.3　混合纹理与材质漫反射颜色　290
12.2.4　混合黑暗贴图与材质漫反射颜色　291
12.2.5　发光映射　292
12.2.6　细节映射　293
12.2.7　Alpha混合操作　294
12.3　纹理坐标处理　296
12.3.1　纹理坐标自动生成　296
12.3.2　纹理坐标变换　298
12.4　环境纹理映射　299
12.4.1　立方体环境映射　300
12.4.2　球形环境映射　301
12.5　凹凸纹理映射　302
12.6　立体纹理　307
12.7　纹理压缩　310
12.7.1　DXT纹理压缩格式　310
12.7.2　使用DXT压缩纹理　311
12.8　纹理管理　313
12.9　小结　313
第13章　网格模型高级技术　314
13.1　.X文件格式分析　314
13.1.1　首部　315
13.1.2　网格　315
13.1.3　网格材质列表　317
13.1.4　法向量　318
13.1.5　纹理　319
13.1.6　框架和变换矩阵　320
13.1.7　动画　321
13.1.8　蒙皮信息　323
13.2　网格模型优化　324
13.2.1　网格模型优化函数　324
13.2.2　网格模型优化方式　324
13.2.3　示例程序OptimizedMesh具体实现　325
13.3　层次细节网格模型　327
13.3.1　生成层次细节网格模型前的准备工作　327
13.3.2　生成层次细节模型　329
13.3.3　示例程序ProgressMesh的具体实现　329
13.4　增强网格模型　330
13.4.1　增强网格模型的生成　331
13.4.2　示例程序EnhancedMesh的具体实现　331
13.5　渐变网格模型　332
13.5.1　实现渐变网格模型的准备工作　333
13.5.2　生成渐变网格模型　334
13.5.3　渲染渐变网格模型　335
13.6　DXUT网格模型类　335
13.6.1　CDXUTMesh类　336
13.6.2　CDXUTMeshFrame类和CDXUTMeshFile类　337
13.6.3　使用类CDXUTMesh和CDXUTMeshFile渲染网格模型　339
13.7　骨骼动画网格模型　342
13.7.1　骨骼动画基本原理　343
13.7.2　骨骼动画类的设计与实现　343
13.7.3　骨骼动画类的使用　353
13.8　蒙皮骨骼动画网格模型　354
13.8.1　图形混合　354
13.8.2　索引顶点混合　356
13.8.3　顶点混合示例　357
13.8.4　蒙皮骨骼动画网格模型类的设计与实现　359
13.8.5　蒙皮骨骼动画网格模型类的使用　365
13.9　多骨骼动画网格模型　366
13.10　其他文件格式模型　367
13.11　小结　371
第14章　模板测试与模板缓冲区　372
14.1　模板测试　372
14.2　模板缓冲区　373
14.3　模板测试设置　374
14.4　使用模板测试实现特殊效果　380
14.5　实时阴影效果　381
14.6　小结　391
第15章　粒子系统　392
15.1　粒子系统技术简介　392
15.2　粒子系统基本原理　392
15.3　点精灵(point sprites)　393
15.4　粒子系统具体实现　395
15.5　综合开发实例　402
15.6　小结　405
第三部分　GPU编程篇

第16章　Direct3D GPU编程概述　409
16.1　可编程流水线　409
16.2　顶点渲染　411
16.3　像素渲染　411
16.4　渲染语言　413
16.5　小结　413
第17章　高级渲染语言基础　414
17.1　数据类型　414
17.1.1　标准数据类型　414
17.1.2　向量　416
17.1.3　矩阵　418
17.1.4　复杂数据类型　421
17.2　表达式与运算符　423
17.3　语句　428
17.3.1　语句块　428
17.3.2　返回语句　428
17.3.3　流程控制语句　429
17.4　函数　430
17.5　段落　437
17.5.1　渲染器段落基本概念　437
17.5.2　渲染器段落语法　437
17.6　编写HLSL渲染器　438
17.6.1　添加文件　438
17.6.2　编写渲染器代码　439
17.7　小结　441
第18章　HLSL顶点渲染　442
18.1　HLSL顶点渲染基本步骤　442
18.2　使用HLSL顶点渲染实现基本光照模型　446
18.2.1　环境光光照模型　446
18.2.2　漫反射光照模型　448
18.2.3　镜面反射光照模型　451
18.3　小结　454
第19章　HLSL像素渲染　455
19.1　HLSL像素渲染基本步骤　455
19.2　使用HLSL实现基本纹理映射　458
19.3　渲染器的编译与调试　459
19.3.1　渲染器的编译　459
19.3.2　渲染器的调试　460
19.4　小结　463
第20章　效果(effect)　464
20.1　效果、技术与通道　464
20.1.1　效果和Direct3D流水线　464
20.1.2　保存和恢复状态　465
20.1.3　共享参数　465
20.2　编写效果　466
20.3　使用效果　467
20.4　效果示例程序　471
20.4.1　光照计算　471
20.4.2　纹理映射　474
20.4.3　多技术效果　476
20.4.4　参数块与共享参数　480
20.5　建立并渲染段落　482
20.5.1　从效果中建立并渲染段落　482
20.5.2　不通过效果建立并渲染段落　484
20.5.3　段落使用示例程序　484
20.6　小结　488
第21章　HLSL高级应用　489
21.1　自身遮蔽阴影　489
21.2　凹凸纹理映射　491
21.3　立方体环境映射　496
21.3.1　立方体贴图　496
21.3.2　反射环境映射　498
21.3.3　折射/反射环境映射　500
21.3.4　动态折射/反射环境映射　503
21.4　渐变动画　505
21.5　蒙皮骨骼动画　509
21.6　小结　511
第22章　ASM顶点渲染　512
22.1　ASM顶点渲染基本步骤　512
22.2　顶点声明对象　516
22.3　ASM顶点渲染简介　519
22.3.1　顶点渲染版本声明　520
22.3.2　顶点渲染寄存器　520
22.3.3　顶点渲染指令　522
22.4　ASM顶点渲染示例　526
22.4.1　光照计算　526
22.4.2　渐变动画　529
22.4.3　蒙皮骨骼动画　531
22.5　小结　533
第23章　ASM像素渲染　534
23.1　ASM像素渲染基本步骤　534
23.2　ASM像素渲染简介　536
23.2.1　版本声明　536
23.2.2　像素渲染寄存器　536
23.2.3　像素渲染指令　539
23.3　ASM像素渲染示例　541
23.4　使用效果　544
23.4.1　ASM效果　544
23.4.2　利用效果实现HLSL和ASM混合编程　546
23.5　小结　548
第四部分　实用技术篇

第24章　DXUT控件　551
24.1　DXUT控件介绍　551
24.2　DXUT控件使用示例程序　552
24.3　小结　557
第25章　广告板技术与十字交叉纹理　558
25.1　广告板技术　558
25.1.1　广告板技术介绍　558
25.1.2　广告板技术示例程序　558
25.2　十字交叉纹理　560
25.2.1　十字交叉纹理介绍　560
25.2.2　十字交叉纹理示例程序　560
25.3　小结　561
第26章　纹理动画　562
26.1　纹理动画原理　562
26.2　纹理动画示例程序　563
26.3　小结　564
第27章　自然现象模拟　565
27.1　动态云彩效果模拟　565
27.2　雨景效果模拟　567
27.3　雪景效果模拟　569
27.4　小结　571
第28章　三维地形模拟　572
28.1　三维地形模拟概述　572
28.2　三维地形模拟示例程序　572
28.3　小结　576
第29章　海浪效果模拟　577
29.1　使用纹理贴图实现海浪效果　577
29.2　实时生成海浪效果　578
29.3　小结　581
第30章　柔性物体模拟　582
30.1　柔性物体模拟介绍　582
30.2　粒子系统和弹簧结构　582
30.3　定义并实现CFlutterFlag类　584
30.4　示例程序的具体实现　588
30.5　小结　589
第31章　三维场景交互　590
31.1　使用鼠标选择三维场景中的物体　590
31.2　使用鼠标控制三维场景中角色的运动　594
31.3　小结　597
第32章　运动模糊效果　598
32.1　运动模糊效果的基本原理　598
32.2　示例程序MotionBlur　598
32.3　小结　601
第33章　凹凸纹理映射应用　602
33.1　水下效果模拟　602
33.2　水波效果模拟　605
33.3　小结　609
第34章　短毛发实时绘制　610
第35章　体积雾　616
第五部分　附录

附录A　C++基础知识　621
A.1　类及其成员和封装　621
A.2　继承　622
A.3　this指针　623
A.4　虚函数、动态绑定和多态　623
A.5　双指针　625
A.6　内联函数　625
A.7　默认函数参数　626
A.8　声明变量的位置　626
A.9　const常量表达式　626
A.10　函数重载　627
A.11　运算符重载　627
附录B　Win32 API程序设计基础　628
B.1　API和SDK　628
B.2　Win32程序框架　628
B.3　Win32 API程序框架分析　629
附录C　COM使用基础　636
C.1　什么是COM对象　636
C.2　创建一个COM对象　639
C.3　使用COM接口　640
C.4　管理COM对象的生命期　640
C.5　使用C访问COM对象　641
C.6　用宏调用DirectX COM方法　641
附录D　计算机图形学数学基础　643
D.1　坐标参照系　643
D.2　点与向量　644
D.3　矩阵　646
D.4　四元数　648
附录E　计算机图形学基础　649
E.1　概述　649
E.1.1　计算机图形学的概念　649
E.1.2　计算机图形学的研究内容　649
E.2　图形系统与图形设备　650
E.2.1　图形系统　650
E.2.2　图形设备　652
E.3　图形变换　652
E.3.1　图形的几何变换　653
E.3.2　形体的投影变换　657
E.3.3　裁剪　658
E.3.4　窗口到视口的变换　658
附录F　DirectX SDK提供的各种工具使用说明　660
F.1　DirectX浏览器　660
F.2　纹理转换工具　663
F.3　DirectX纹理工具　664
F.4　DirectX性能浏览工具　664
F.5　DirectX错误查询工具　665
F.6　DirectX诊断工具　665
F.7　DirectX Ops(dxops.exe)　666