Direct3D应用中的2D应用.doc

Direct3D应用中的2D应用 2D Application 收藏 (转载)2D Application这一章将讨论IDirect3DDevices9接口怎样应用到简单的两维应用程序里去。然而，接下来讨论的方法和接口的方法不仅仅只应用在两维应用程序里面。开始我们将看看IDirect3DSurface9接口，它用于存放像素数据。我们将看看怎样创建surfaces，怎样填充数据，并且执行像素拷贝操作。接下来，我们讨论IDirect3DSwapChain9接口管理back buffer集合。设备创建的时候都会携带一个默认的swap chain，但是也可以为window模式下多个视图创建新的swap chain。 再接下来，我们将讨论Presentation，Present 也是IDirect3DDevice9提供的方法。 即使Direct3D可以不使用GDI，但是他们也要处理发送到应用程序top-level窗口的消息。我们推荐使用Direct3D应用程序来处理窗口消息。DirectX 并没有提供直接方法来将GDI和Direct3D结合起来。但是，通常是在内存DC和流水线产生的结果像素数据上执行GDI操作。 最后，我们将讨论流水线的Video scan out部分以及swap chain从back buffer到front back 的过程。video scan out 电流读取数据，使用cursor overlay,gamma校正以及像素数据转化成monitor的模拟信号。Pixel Surface Pixel 面是像素数据的矩形集合。像素数据的内存layout是通过D3DFORMAT定义的。在设备上使用surface有几处地方：back buffer surfaces, depth/stencil buffer surfaces，纹理层surface，render target surface 以及图片surface。Direct3D 使用IDirect3DSurface9接口表示一个surface，CreateOffscreenPlainsurface方法可以创建一个图片surface，它能存在于scrath内存池，系统内存池和设备内存池。CreateDepthStencilSurface和CreateRenderTarget分别返回depth/stencil的surface和rendertarget的surface。一个plain surface可能不是3D 渲染的目标，但是你能在plain surface和其他surface之间进行数据拷贝。 HRESULT CreateOffscreenPlainSurface(UINT width, UINT height, D3DFORMAT format, D3DPOOL pool, IDirect3DSurface9 * result, HANDLE * unused);如果设备不支持被请求面的各式，CreateOffscreenPlainSurface将会失败，或者是系统内存里面没有足够的存储空间。使用CheckDeviceFormat可以用来预先检查设备是否支持某种格式的surface。interface IDirect3DSurface9 : IDirect3DResource9HRESULT GetContainer(REFIID container_iid, void * value);HRESULT GetDC(HDC *value);HRESULT GetDesc(D3DSURFACE_DESC * value);HRESULT LockRect(D3DLOCKED_RECT *data, const RECT * locked_region,DWORD flags);HRESULT Release(HDC context);HRESULT UnlockRect(); 对于CreateOffscreenPlainSurface创建的surface，当container_iid是IID_Direct3DDevice9时，GetContainer将返回成功。GetDESC将返回D3DSURFACE_DESC结构体里面的像素数据的描述信息。typedef struct _D3DSURFACE_DESCD3DFORMAT Format;D3DRESOURCETYPE Type;DWORD Usage;D3DPOOL Pool;D3DMULTISAMPLE_TYPE MultiSampleType;/与render target surface一起使用的multisamplingDWORD MultiSampleQuality;UINT Width;UINT Height; D3DSURFACE_DESC;Accessing Surface Pixel Data 为了获取surface的像素数据，我们需要使用LockRect和UnlockRect方法。当lockRect方法的locked_region不为NULL的时候，就只lock住了surface的某个局部。参数flags告诉Direct3D一旦surface被锁住，数据将怎么办。Flags包括D3DLOCK_DISCARD, D3DLOCK_DONOTWAIT, D3DLOCK_NO_DIRTY_UPDATE,D3DLOCK_NOSYSLOCK, D3DLOCK_READONLY。 D3DLOCK_DISCARD通知runtime整个locked区域将只被写入而不读取。使用discard flag, runtime不会提供一份surface数据的copy给应用程序读取。不使用discard flag,runtime可能被迫停掉所有未决的操作，然后再返回一个surface数据的copy给应用程序。注意：这个flag不能使用在子区域。 D3DLOCK_DONOTWAIT 决定当lock的时候不会阻塞住runtime，等待未决的渲染操作完成。如果lock调用已经阻塞了，它将返回D3DERR_WASSTILLDRAWING。 Direct3D为每个可管理的surface（注意这里只能是managed surface）维护一个dirty 区域表，用来最小化unlock数据的拷贝量。如果已经是使用了D3D_NO_DIRTY_UPDATE，locked区域将不会影响dirty 区域list。 使用D3DLOCK_READONLY，应用程序保证对锁定区域没有任何的写操作。 D3DLOCK_NOSYSLOCK只只能应用到video memory的surfaces。为了阻止video存储资源被锁时设备lost，Direct3D获取系统critical section来阻止设备丢失。它也能阻塞操作系统的其他部分执行，这样势必会影响系统的交互和反应灵敏度。 D3DLOCK_NOSYSLOCK 禁止获取系统的critical section。 LockRect 方法返回D3DLOCKED_RECT结构体，它定义了surface的像素数据。它保证了surface数据在sanline上是连续的。 typedef struct _D3DLOCKED_RECT int pitch; /定义了相邻两个scanlines的距离。 void *pBits; /像素数据的指针。D3DLOCKED_RECT; 当遍历surface的每个像素时，pitch 和像素的大小是很重要的。像素数据的大小是跟D3DFORMAT有关。IDirect3DSurface9并没有提供方法用于从图片装载到surface,或者像素格式转换，D3DX却提供了很多这样的操作方法。Using GDI On a SurfaceGDI提供GetDC和ReleaseDC方法来操作与GDI兼容格式的surface。与GDI兼容格式包括D3DFMT_R5G6B5,D3DFMT_X1R5G5B5,D3DFMT_R8G8B8和D3DFMT_X8R8G8B8。GDI device context可以使用GDI执行基于surface的渲染操作,然后立刻释放。一旦device context被创建，就会在Direct3D runtime里面建立一个lock。 这个lock保证runtime并不直接跟GDI rendering交互。因为这个lock的存在，应用程序应该尽可能快的释放GDI device context。而且， 只有device context释放以后，下面表里的方法才能调用。InterfaceMethodIDirect3DCubeTexture9LockRectIDirect3DDevice9ColorFillPresentStretchRectUpdateSurfaceUpdateTextureIDirect3DSurface9LockRectIDirect3DSwapChain9PresentIDirect3DTexture9LockRect Swap Chain 每个设备都包含一组默认的swap chains。GetNumberOfSwapChains返回设备swap chains的数目。GetSwapChain方法返回默认swap chain集合里的swap chain的接口。 默认swap chain集合的属性定义在D3DPRESENT_PARAMETERS。Swap chain由1个，2个，3个back buffer surface 和一个front buffer surface。front buffer surface不能直接访问，但是它仍然参与到swap chain的presentation过程中。 当调用Present时back buffer surface显示在monitor。 exclusive 模式的设备使用它默认的back buffer。window模式的设备可以使用多个swap chain，每个都可以将渲染结果绘制它自己的窗口。exclusive模式的adapter group 设备也可以渲染到多个monitor。 CreateAdditionalSwapChain创建一个基于D3DPRESENT_PARAMETERS的swap chain，然后返回一个IDirect3DSwapChain9接口。注意一个Swap chain只能包含back buffer surface而不是depth/stencil surface。 HRESULT CreateAdditionalSwapChain(D3DPRESENT_PARAMETERS * params, IDirect3DSwapChain9 * result);interface IDirect3DSwapChain9 : IUnknown HRESULT GetBackBuffer(UINT buffer, D3DBACKBUFFER_TYPE kind, IDirect3DSurface9 * value); HRESULT GetDevice(IDirect3DDevice9 * value); HRESULT GetDisplayMode(D3DDISPLAYMODE * value); HRESULT GetFrontBufferData(IDirect3DSurface9 * destination); HRESULT GetPresentParameters(D3DPRESENT_PARAMETERS * value); HRESULT GetRasterStatus(D3DRASTER_STATUS * value); HRESULT Present(CONST RECT * source, CONST RECT * destination, HWND override, CONST RGNDATA * dirty_region, DWORD flags); GetBackBuffer返回一个back buffer surface的接口指针。back buffer序号以0开始，present首先显示是back buffer 0里面的内容，然后再是back buffer 1， 依此下去.。 D3DBACKBUFFER_TYPE定义了back buffer的类型。DirecX 9.0c 并不支持stereo 渲染，kind只能是D3DBACKBUFFERTYPE_MONO.typedef enum _D3DBACKBUFFER_TYPE D3DBACKBUFFER_TYPE_MONO = 0, D3DBACKBUFFER_TYPE_LEFT = 1, D3DBACKBUFFER_TYPE_RIGHT = 2D3DBACKBUFFER_TYPE; Present跟device的Present方法一样，都执行同样的功能。flag的值包括D3DPRESENT_DONOTWAIT和D3DPRESENT_LINEAR_CONTENT。D3DPRESENT_DONOTWAIT表示如果presentation引起应用程序阻塞，它将立刻返回D3DERR_WASSTILLDRAWING。 D3DPRESENT_LINEAR_CONTENT 告诉设备presentation时源区域像素应该从线性颜色空间转化到sRGB颜色空间。Presentation 当调用了Present后，back buffer的内容将会被复制到front buffer，video scan out 电流读取front buffer的像素把他们显示在monitor上。如果D3DCAPS9:DevCaps的D3DDEVCAPS_CANRENDERAFTERFLIP被设置，present发生以后设备将继续queue渲染命令，也就是在设备与CPU之间有更多的并发，当前帧渲染的时候，下一帧已经queue。但是一个设备queue的帧数最多不能超过两帧。 #define D3DDEVCAPS_CANRENDERAFTERFLIP 0x000000800L HRESULT Present(const RECT * source_rect, const RECT* dest_rect,HWND override_window, const RGNDATA * dirty_region); Present对Swap chain的行为使用D3DPRESENT_PARAMETERS的SwapEffect定义的。 typedef enum _D3DSWAPEFFECT D3DSWAPEFFECT_DISCARD = 1, D3DSWAPEFFECT_FLIP = 2, D3DSWAPEFFECT_COPY = 3 D3DSWAPEFFECT; 在window模式下面，所有的swap effec都是通过拷贝操作实现的。使用最近时间间隔创建的swap chain并不能让monitor的垂直扫描与拷贝操作同步。拷贝操作运行在在Video scan out过程中，这样导致了artifacts，也称作图像tearing。为了避免这种artifacts，我们需要同步video scan out与拷贝操作，以便于当video beam还停留在拷贝操作的目的地时，不能有拷贝操作发生。如果显卡并不支持video beam 位置信息，拷贝操作将会立刻发生。 在exclusive模式下，presentation的频率是由D3DPRESENT_PARAMETERS的FullScreen_PresentationInterval指定的。默认的presentation inverval 对应adapter视频模式的刷新率。 如果dest_window不是空，dest_window客户端区域就是present的Target。如果dest_window空而D3DPRESENT_PARAMETERS的hDeviceWindow不空，则hDeviceWindow就是present的Target。 如果两者都空，CreateDevice的focus_window参数将是present的target。source和dest只能应用到拷贝操作方式，Flip 和Discard这两个参数必须是空。空值表示整个source surface 和目的surface。dirty_region也只能使用在拷贝操作下。Lost Devices and Reset TestCooperativelevel检查设备的状态，Reset重启设备。HRESULT Reset(D3DPRESENT_PARAMETERS * params);HRESULT TestCooperativeLevel();Video Scan out front buffer的内容来自于Present。GetDisplayMode返回了当前front buffer的显示模式。应用程序不能直接访问front buffer，但是可以通过GetFrontBufferData返回一份front buffer的拷贝。GetFrontBufferData的destination参数必须是一个存在的surface，它的维度等于adapter当前显示模式，并且像素格式是D3DFMT_A8R8G8B8。在拷贝过程中数据将从adapter的显示模式格式转化成surface格式。 HRESULT GetDisplayMode(D3DDISPLAYMODE * value); HRESULT GetFrontBufferData(IDirect3DSurface* destination); 如果D3DCAPS:Caps的D3DCAPS_READ_SCANLINE位被设置，设备将它的video scan out scanline和垂直blank状态。 GetRasterStatus将使用D3DRASTER_STATUS结构体返回video scan out 状态。scanline 成员指定了rater beam的当前位置，0是最顶端的scanline。如果是自下而上的垂直扫描，InVBlank成员将为TRUE。 HRESULT GetRasterStatus(D3DRASTER_STATUS * value); typedef struct _D3DRASTER_STATUS BOOLInVBlank; UINT Scanline; D3DRASTER_STATUS; Cursor 在exclusive模式下，Direct3D管理着cursor的显示。在video scan out的过程中硬件Cursor可能会取代cursor图像。如果硬件cursor不可用，runtime会提供一个软件cursor对front buffer读，修改，写操作。在window模式下，应用程序可能会使用GDI cursor 或者Direct3D cursor。Direct3D cursor 能通过方法ShowCursor显示或者隐藏cursor。ShowCursor并不返回HRESULT,而是cursor的上一个隐藏状态。如果它是TRUE,cursor在调用ShowCursor之前是可见的。 BOOLShowCursor(BOOL Show); void SetCursorPosition(UINT x, UINT y, DWORD flags); HRESULT SetCursorProperties(UINT hot_spot_x, UINT hot_spot_y, IDirect3DSurface9 * image); cursor的位置是通过SetCursorPosition设定的，flags参数 Gamma Ramp 在exclusive模式下，应用cursor以后， 在进行A/D转换之前将会对像素数据应用Gamma校正。在窗口模式下，应用程序也能使用GDI来做Gamma校正。如果D3DCAPS9:Caps的D3DCAPS2_FULLSCREENGAMMA设置，设备将会支持exclusive的Gamma Ramp。 GetGammaRamp能读取Gamma Ramp的属性，它返回一个Gamma Ramp的结构体。void GetGammaRamp(D3DGAMMARAMP * value);void SetGammaRamp(DWORD Flags, const D3DGAMMARAMP * value);typedef struct _D3DGAMMARAMP WORD red256; WORD green256; WORD blue256; D3DGAMARAMP; Gamma ramp属性通过SetGammaRamp进行设置，并且它能够立刻产生反应。Flags参数表示设备是否使用ramp的calibration，它包括D3DSGR_NO_CALIBRATION和D3DSGR_CALIBRATE。 如果D3DCAPS9:Caps2的D3DCAPS2_CANCALIBRATEGAMMA位设置，设备将能够给Gamma Ramp指定一个calibration。 下面例子显示了怎样计算ramp values。void compute_ramp(D3DGAMARAMP & ramp, float gamma) for (UINT i = 0;i< 256;i+) const WORD val = static_cast<int> (65535 * pow(i/255.f, 1.f/gamma); ramp.redi = val; ramp.greeni = val; ramp.bluei = val; 2D Pixel Copies 如果我们申请可锁住的back buffer，我们能锁住back buffer的矩形区域，然后使用软件直接对它读写操作。然而，back buffer surface是video memory的设备surface。通过CPU访问video memory将是一个昂贵的操作，我们应该避免。 但是存放系统内存池或者scratch内存池的图像surface能轻松的被CPU访问。 拷贝像素操作一般包括：设备内存到设备内存， 系统内存到设备内存，设备内存到系统内存。StetchRect 能有效的进行设备内存之前的拷贝。UpdateSurface和UpdateTexture一般都是将数据从系统内存转移到设备内存里面。GetRenderTargetData用于从设备内存将像素数据转移到系统内存。 当你想要在设备资源直接拷贝数据时，你可以使用StretchRect。当你需要更新默认内存池的某个资源（如图像surface或者纹理资源），你可以使用UpdateSurface和updateTexture，不过managed池里的资源会自动更新，当它的系统内存的数据变化时，它会自动更新到设备内存里面去）。 Pixel Copies Within Device Memory StretchRect能够将一个矩形区域的像素从设备内存的一个surface转移到另一个上面去。这两个surface通常会是同样的D3DFORMAT。在拷贝过程中，StretchRect也能执行有限的几张颜色转换。 HRESULT StretchRect(IDirect3DSurface9 * source , const RECT * source_rect, IDirect3DSurface9 * destination, const RECT * dest_rect, D3DTEXTUREFILTERTYPE filter); 当source_rect非空，整个source 面将会拷贝到目的surface。当source_rect非空，它指向source面的一个子区域。dest_rect也是一样。 当需要调整源像素区域大小来适应目的像素区域的时候，filter参数将指定调整的方式，它的值包括D3DTEXF_NONE, D3DTEXF_POINT,D3DTEXF_LINEAR。当缩小和放大源像素区域的时候，point和linear的过滤将会支持。D3DCAPS9结构的StretchRectFilterCaps各个位标记描述了StretchRect的过滤支持情况。 #define D3DPTFILTERRCAPS_MAGFLINEAR 0x02000000L #define D3DPTFILTERCAPS_MAGFPOINT 0x01000000L #define D3DPTFILTERCAPS_MINFLINEAR 0x00000200L #define D3DPTFILTERCAPS_MINFPOINT 0x00000100L 如果D3DCAPS9:DevCaps的D3DDEVCAPS_CANBLTSYSTONONLOCAL设置，StretchRect能支持从系统内存到non-local视频存储（如AGP内存）转移数据。设备像素拷贝的格式转换 StretchRect也能支持拷贝过程中的颜色转换操作。支持的转换可以是高性能的YUV surface格式到高性能的RGB surface格式。具体支持什么样的格式转换，你可以通过CheckDeviceFormatConversion方法来查看。 HRESULT CheckDeviceFormatConversion(UINT adapter, D3DDEVTYPE device_kind, D3DFORMAT source_fmt, D3DFORMAT target_fmt); source_fmt可能是FOURCC格式也可能是合理的back buffer格式。 Target格式将是下面中的一种：D3DFMT_A1R5G5B5 , D3DFMT_A8R8G8B8, D3DFMT_A16B16G16R16, D3DFMT_X1R5G5B5, D3DFMT_A8R8G8B8, D3DFMT_A16B16G16R16, D3DFMT_R5G6B5, D3DFMT_X8B8G8R8, D3DFMT_A32B32G32R32F,D3DFMT_R8G8B8, D3DFMT_X8R8G8B8, D3DFMT_A2R10G10B10, D3DFMT_A2B10G10R10。 设备像素拷贝限制： 因为StretchRect直接工作在设备内存上，它将面临很多限制。 restrictions: 1. source和destination不能是相同的surface。 2. 不能从render target surface 到off screen surface。 3. 不能基于压缩格式stretch。 4.D3DDEVCAPS2_CAN_STRETCH_RECT_FROM_TEXTURES ，如果source是纹理surface。 depth/stencil restrictions:1. 不能是纹理，2. 不能discardable；3. 必须是整个surface拷贝；4. source和destination必须是同样的尺寸。5.不支持filtering。6. 不能从一个场景里面被调用。 downsampling multisample render target: 1. 创建multisample render target；2. 创建同样大小的non-multismapled render target； 3. 从non-MS RT拷贝到MS RT。如下是source和destination的结合情况：DX8 Driver no stretching SourceDestination TextureRT TextureRTOff-screen PlainTextureNONONONORT TextureNOYesYesNoRTNOYesYesNoOff-screen PlainYesYesYesYesDX8 Driver no stretching TextureRT TextureRTOff-screen PlainTextureNoNoNoNoRT TextureNoNoNoNoRTNoYesYesNoOff-screen PlainNoYesYesNoDX9 Driver no stretching TextureRT TextureRTOff-screen PlainTextureNoYesYesNoRT TextureNoYesYesNoRTNoYesYesNoOff-screen PlainNoYesYesYesDX9 Driver stretching TextureRT TextureRTOff-screen PlainTextureNoYesYesNoRT TextureNoYesYesNoRTNoYesYesNoOff-screen PlainNoYesYesNo Copies From System Memory To Device Memory 通常你lock一个surface,然后直接使用CPU为它填充数据。但是并且每个surface都是lockable。设备内存里面的surface通常是不经常lock的，因为lock住以后访问速度是非常慢的。所以我们通常的办法是先使用CPU update系统内存的surface，然后使用updateSurface或者UpdateTexture将他们传给设备内存。 HRESULT UpdateSurface(IDirect3DSurface9 * source, const RECT * source_rect, IDirect3DSurface9 * destination, CONST POINT * offset); offset参数指定了目的区域对应source 区域左上角像素的位置偏移。 如果source或者destination的surface用于multisampling或者depth/stencil ，UpdateSurface也将失败。如下表是updateSurface的source和destinationa的结合情况。SourceDestination TextureRT TextureRTOff-screen PlainTextureYESYESYESYESRT TextureNONONONoRTNONONONoOff-screen PlainYesYesYesYes UpdateTexture与UpdateSurface相似，但是它对于整个纹理资源而不是单个surface。runtime 将维护一个dirty区域。 HRESULT UpdateTexture(IDirect3DBaseTexture9 * source , IDirect3DBaseTexture9 * destination); 当UpdateTexture被调用，所有累计的dirty区域将会值为level 0的纹理区域。对于mipmapped的纹理，每个mip level对应的区域同样也要考虑dirty。 source的levels不能小于destination level数，并且level 0的大小也必须相同。 Copies From Device Memory To System Memory 只有两种方法从设备里面读回被渲染的图片：一种是创建设备的时候允许锁住back buffer，另外一种是 GetRenderTargetData。锁住back buffer一般比较慢。HRESULT GetRenderTargetData(IDirect3DSurface9 * source