Verwenden eines Effekts (Direct3D 9)

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Auf dieser Seite erfahren Sie, wie Sie einen Effekt generieren und verwenden. Die behandelten Themen umfassen Folgendes:

Erstellen eines Effekts

Hier ist ein Beispiel für die Erstellung eines Effekts aus dem BasicHLSL-Beispiel. Der Effekterstellungscode zum Erstellen eines Debug-Shaders stammt aus OnCreateDevice:

ID3DXEffect* g_pEffect = NULL;
DWORD dwShaderFlags = 0;

    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_FORCE_VS_SOFTWARE_NOOPT;
    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_FORCE_PS_SOFTWARE_NOOPT;
    dwShaderFlags |= D3DXSHADER_NO_PRESHADER;

    // Read the D3DX effect file
    WCHAR str[MAX_PATH];
    DXUTFindDXSDKMediaFileCch( str, MAX_PATH, L"BasicHLSL.fx" );

    D3DXCreateEffectFromFile( 
        pd3dDevice, 
        str, 
        NULL, // CONST D3DXMACRO* pDefines,
        NULL, // LPD3DXINCLUDE pInclude,
        dwShaderFlags, 
        NULL, // LPD3DXEFFECTPOOL pPool,
        &g_pEffect, 
        NULL );

Diese Funktion akzeptiert die folgenden Argumente:

  • Das Gerät.
  • Der Dateiname der Effektdatei.
  • Ein Zeiger auf eine NULL-endende Liste von #defines, die beim Analysieren des Shaders verwendet werden soll.
  • Ein optionaler Zeiger auf einen vom Benutzer geschriebenen Includehandler. Der Handler wird immer dann vom Prozessor aufgerufen, wenn er eine #include auflösen muss.
  • Ein Shaderkompilierungsflag, das dem Compiler Hinweise zur Verwendung des Shaders gibt. Die Optionen lauten:
    • Überspringen der Validierung, wenn bekannte gute Shader kompiliert werden.
    • Überspringen der Optimierung (manchmal verwendet, wenn Optimierungen das Debuggen erschweren).
    • Anfordern von Debuginformationen, die in den Shader eingeschlossen werden sollen, damit sie debuggt werden können.
  • Der Effektpool. Wenn mehrere Effekte denselben Speicherpoolzeiger verwenden, werden die globalen Variablen in den Effekten miteinander geteilt. Wenn keine Effektvariablen freigegeben werden müssen, kann der Speicherpool auf NULL festgelegt werden.
  • Ein Zeiger auf den neuen Effekt.
  • Ein Zeiger auf einen Puffer, an den Validierungsfehler gesendet werden können. In diesem Beispiel wurde der Parameter auf NULL festgelegt und nicht verwendet.

Hinweis

Ab dezember 2006 SDK ist der DirectX 10 HLSL-Compiler nun sowohl in DirectX 9 als auch in DirectX 10 der Standardcompiler. Weitere Informationen finden Sie unter Effect-Compiler Tool .

 

Rendern eines Effekts

Die Reihenfolge der Aufrufe zum Anwenden des Effektzustands auf ein Gerät lautet:

Effekt-Rendercode ist auch einfacher als der entsprechende Rendercode ohne Effekt. Hier sehen Sie den Rendercode mit einem Effekt:

// Apply the technique contained in the effect 
g_pEffect->Begin(&cPasses, 0);

for (iPass = 0; iPass < cPasses; iPass++)
{
    g_pEffect->BeginPass(iPass);

    // Only call CommitChanges if any state changes have happened
    // after BeginPass is called
    g_pEffect->CommitChanges();

    // Render the mesh with the applied technique
    g_pMesh->DrawSubset(0);

    g_pEffect->EndPass();
}
g_pEffect->End();

Die Renderschleife besteht darin, den Effekt abzufragen, um zu sehen, wie viele Durchgänge darin enthalten sind, und dann alle Durchläufe für eine Technik aufzurufen. Die Renderschleife kann erweitert werden, um mehrere Techniken mit jeweils mehreren Durchläufen aufzurufen.

Verwenden der Semantik zum Suchen nach Effektparametern

Eine Semantik ist ein Bezeichner, der an einen Effektparameter angefügt ist, damit eine Anwendung nach dem Parameter suchen kann. Ein Parameter kann höchstens eine Semantik aufweisen. Die Semantik befindet sich nach einem Doppelpunkt (:) hinter dem Parameternamen. Beispiel:

float4x4 matWorldViewProj : WORLDVIEWPROJ;

Wenn Sie die globale Effektvariable deklariert haben, ohne eine Semantik zu verwenden, sieht sie stattdessen wie folgt aus:

float4x4 matWorldViewProj;

Die Effektschnittstelle kann eine Semantik verwenden, um ein Handle für einen bestimmten Effektparameter abzurufen. Für instance gibt folgendes das Handle der Matrix zurück:

D3DHANDLE handle = 
    m_pEffect->GetParameterBySemantic(NULL, "WORLDVIEWPROJ");

Zusätzlich zur Suche nach semantischem Namen verfügt die Effektschnittstelle über viele andere Methoden zum Suchen nach Parametern.

Verwenden von Handles zum effizienten Abrufen und Festlegen von Parametern

Handles bieten ein effizientes Mittel zum Verweisen auf Effektparameter, Techniken, Durchläufe und Anmerkungen mit einem Effekt. Handles (vom Typ D3DXHANDLE) sind Zeichenfolgenzeiger. Die Handles, die an Funktionen wie GetParameterxxx oder GetAnnotationxxx übergeben werden, können sich in einer von drei Formen befinden:

  • Ein Von einer Funktion wie GetParameterxxx zurückgegebenes Handle.
  • Eine Zeichenfolge, die den Namen des Parameters, der Technik, des Durchlaufs oder der Anmerkung enthält.
  • Ein Handle, das auf NULL festgelegt ist.

In diesem Beispiel wird ein Handle für den Parameter zurückgegeben, an den die WORLDVIEWPROJ-Semantik angefügt ist:

D3DHANDLE handle = 
    m_pEffect->GetParameterBySemantic(NULL, "WORLDVIEWPROJ");

Hinzufügen von Parameterinformationen mit Anmerkungen

Anmerkungen sind benutzerspezifische Daten, die an jede Technik, jeden Pass oder jeden Parameter angefügt werden können. Eine Anmerkung ist eine flexible Möglichkeit zum Hinzufügen von Informationen zu einzelnen Parametern. Die Informationen können nach Wahl der Anwendung zurückgelesen und verwendet werden. Eine Anmerkung kann einen beliebigen Datentyp aufweisen und dynamisch hinzugefügt werden. Anmerkungsdeklarationen werden durch eckige Klammern getrennt. Eine Anmerkung enthält Folgendes:

  • Ein Datentyp.
  • Ein Variablenname.
  • Ein Gleichheitszeichen (=).
  • Der Datenwert.
  • Ein endendes Semikolon (;).

Für instance enthalten die beiden vorherigen Beispiele in diesem Dokument die folgende Anmerkung:

texture Tex0 < string name = "tiger.bmp"; >;

Die Anmerkung wird an das Texturobjekt angefügt und gibt die Texturdatei an, die zum Initialisieren des Texturobjekts verwendet werden soll. Die Anmerkung initialisiert das Texturobjekt nicht, es handelt sich lediglich um eine Benutzerinformation, die an die Variable angefügt wird. Eine Anwendung kann die Anmerkung entweder mit ID3DXBaseEffect::GetAnnotation oder ID3DXBaseEffect::GetAnnotationByName lesen, um die Zeichenfolge zurückzugeben. Anmerkungen können auch von der Anwendung hinzugefügt werden.

Jede Anmerkung:

Freigabeeffektparameter

Effektparameter sind alle nicht statischen Variablen, die in einem Effekt deklariert werden. Dies kann globale Variablen und Anmerkungen umfassen. Effektparameter können zwischen verschiedenen Effekten gemeinsam verwendet werden, indem Parameter mit dem "freigegebenen" Schlüsselwort (keyword) deklariert und dann der Effekt mit einem Effektpool erstellt wird.

Ein Effektpool enthält freigegebene Effektparameter. Der Pool wird durch Aufrufen von D3DXCreateEffectPool erstellt, der eine ID3DXEffectPool-Schnittstelle zurückgibt. Die -Schnittstelle kann als Eingabe für jede der D3DXCreateEffectxxx-Funktionen bereitgestellt werden, wenn ein Effekt erstellt wird. Damit ein Parameter für mehrere Effekte freigegeben werden kann, muss der Parameter in jedem der freigegebenen Effekte denselben Namen, Typ und dieselbe Semantik aufweisen.

ID3DXEffectPool* g_pEffectPool = NULL;   // Effect pool for sharing parameters

    D3DXCreateEffectPool( &g_pEffectPool );

Effekte, die Parameter gemeinsam nutzen, müssen dasselbe Gerät verwenden. Dies wird erzwungen, um die Freigabe geräteabhängiger Parameter (z. B. Shader oder Texturen) auf verschiedenen Geräten zu verhindern. Parameter werden immer dann aus dem Pool gelöscht, wenn die Effekte, die die freigegebenen Parameter enthalten, freigegeben werden. Wenn freigabeparameter nicht erforderlich sind, geben Sie null für den Effektpool an, wenn ein Effekt erstellt wird.

Geklonte Effekte verwenden den gleichen Effektpool wie der Effekt, aus dem sie geklont werden. Beim Klonen eines Effekts wird eine exakte Kopie eines Effekts erstellt, einschließlich globaler Variablen, Techniken, Pässen und Anmerkungen.

Offlinekompilieren eines Effekts

Sie können einen Effekt zur Laufzeit mit D3DXCreateEffect kompilieren, oder Sie können einen Effekt offline kompilieren, indem Sie das Befehlszeilencompilertool fxc.exe. Der Effekt im CompiledEffect-Beispiel enthält einen Vertex-Shader, einen Pixelshader und eine Technik:

// File: CompiledEffect.fx

// Global variables
float4 g_MaterialAmbientColor;    // Material's ambient color
...

// Texture samplers
sampler RenderTargetSampler = 
   ...

// Type: Vertex shader                                      
VS_OUTPUT RenderSceneVS( float4 vPos : POSITION, 
                         float3 vNormal : NORMAL,
                         float2 vTexCoord0 : TEXCOORD0 )
{
   ...
};
// Type: Pixel shader
PS_OUTPUT RenderScenePS( VS_OUTPUT In ) 
{ 
   ...
}

// Type: Technique                                     
technique RenderScene
{
    pass P0
    {          
        ZENABLE = true;
        VertexShader = compile vs_1_1 RenderSceneVS();
        PixelShader  = compile ps_1_1 RenderScenePS();
    }
}

Mithilfe des Effect-Compiler-Tools zum Kompilieren des Shaders für vs_1_1 die folgenden Assemblyshaderanweisungen generiert:

//
// Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 4.09.02.1188
//
//   fxc /T vs_1_1 /E RenderSceneVS /Fc CompiledEffect.txt CompiledEffect.fx
//
//
// Parameters:
//
//   float4 g_LightAmbient;
//   float4 g_LightDiffuse;
//   float3 g_LightDir;
//   float4 g_MaterialAmbientColor;
//   float4 g_MaterialDiffuseColor;
//   float g_fTime;
//   float4x4 g_mWorld;
//   float4x4 g_mWorldViewProjection;
//
//
// Registers:
//
//   Name                   Reg   Size
//   ---------------------- ----- ----
//   g_mWorldViewProjection c0       4
//   g_mWorld               c4       3
//   g_MaterialAmbientColor c7       1
//   g_MaterialDiffuseColor c8       1
//   g_LightDir             c9       1
//   g_LightAmbient         c10      1
//   g_LightDiffuse         c11      1
//   g_fTime                c12      1
//
//
// Default values:
//
//   g_LightDir
//     c9   = { 0.57735, 0.57735, 0.57735, 0 };
//
//   g_LightAmbient
//     c10  = { 1, 1, 1, 1 };
//
//   g_LightDiffuse
//     c11  = { 1, 1, 1, 1 };
//

    vs_1_1
    def c13, 0.159154937, 0.25, 6.28318548, -3.14159274
    def c14, -2.52398507e-007, 2.47609005e-005, -0.00138883968, 0.0416666418
    def c15, -0.5, 1, 0.5, 0
    dcl_position v0
    dcl_normal v1
    dcl_texcoord v2
    mov r0.w, c12.x
    mad r0.w, r0.w, c13.x, c13.y
    expp r3.y, r0.w
    mov r0.w, r3.y
    mad r0.w, r0.w, c13.z, c13.w
    mul r0.w, r0.w, r0.w
    mad r1.w, r0.w, c14.x, c14.y
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c14.z
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c14.w
    mad r1.w, r0.w, r1.w, c15.x
    mad r0.w, r0.w, r1.w, c15.y
    mul r0.w, r0.w, v0.x
    mul r0.x, r0.w, c15.z
    dp3 r1.x, v1, c4
    dp3 r1.y, v1, c5
    dp3 r1.z, v1, c6
    mov r0.yzw, c15.w
    dp3 r2.x, r1, r1
    add r0, r0, v0
    rsq r1.w, r2.x
    dp4 oPos.x, r0, c0
    mul r1.xyz, r1, r1.w
    dp4 oPos.y, r0, c1
    dp3 r1.x, r1, c9
    dp4 oPos.z, r0, c2
    max r1.w, r1.x, c15.w
    mov r1.xyz, c8
    mul r1.xyz, r1, c11
    mov r2.xyz, c7
    mul r2.xyz, r2, c10
    dp4 oPos.w, r0, c3
    mad oD0.xyz, r1, r1.w, r2
    mov oD0.w, c15.y
    mov oT0.xy, v2

// approximately 34 instruction slots used

Verbessern der Leistung mit Preshadern

Ein Preshader ist eine Technik zum Erhöhen der Shadereffizienz durch Vorberechnung konstanter Shaderausdrücke. Der Effektcompiler ruft Shaderberechnungen automatisch aus dem Textkörper eines Shaders heraus und führt sie auf der CPU aus, bevor der Shader ausgeführt wird. Preshader funktionieren daher nur mit Effekten. Für instance können diese beiden Ausdrücke außerhalb des Shaders ausgewertet werden, bevor er ausgeführt wird.

mul(World,mul(View, Projection));
sin(time)

Shaderberechnungen, die verschoben werden können, sind solche, die uniformen Parametern zugeordnet sind; Das heißt, die Berechnungen ändern sich nicht für jeden Scheitelpunkt oder jedes Pixel. Wenn Sie Effekte verwenden, generiert der Effektcompiler automatisch einen Preshader und führt es aus. Es müssen keine Flags aktiviert werden. Preshader können die Anzahl der Anweisungen pro Shader reduzieren und auch die Anzahl der konstanten Register verringern, die ein Shader verwendet.

Stellen Sie sich den Effektcompiler als eine Art Multiprozessorcompiler vor, da er Shadercode für zwei Arten von Prozessoren kompiliert: eine CPU und eine GPU. Darüber hinaus wurde der Effektcompiler entwickelt, um Code von der GPU auf die CPU zu verschieben und somit die Shaderleistung zu verbessern. Dies ähnelt dem Pullen eines statischen Ausdrucks aus einer Schleife. Ein Shader, der die Position vom Weltraum in den Projektionsbereich transformiert und Texturkoordinaten kopiert, würde in HLSL wie folgt aussehen:

float4x4 g_mWorldViewProjection;    // World * View * Projection matrix
float4x4 g_mWorldInverse;           // Inverse World matrix
float3 g_LightDir;                  // Light direction in world space
float4 g_LightDiffuse;              // Diffuse color of the light

struct VS_OUTPUT
{
    float4 Position   : POSITION;   // vertex position 
    float2 TextureUV  : TEXCOORD0;  // vertex texture coords 
    float4 Diffuse    : COLOR0;     // vertex diffuse color
};

VS_OUTPUT RenderSceneVS( float4 vPos : POSITION, 
                         float3 vNormal : NORMAL,
                         float2 vTexCoord0 : TEXCOORD0)
{
    VS_OUTPUT Output;
    
    // Transform the position from object space to projection space
    Output.Position = mul(vPos, g_mWorldViewProjection);

    // Transform the light from world space to object space    
    float3 vLightObjectSpace = normalize(mul(g_LightDir, (float3x3)g_mWorldInverse)); 

    // N dot L lighting
    Output.Diffuse = max(0,dot(vNormal, vLightObjectSpace));
    
    // Copy the texture coordinate
    Output.TextureUV = vTexCoord0; 
    
    return Output;    
}
technique RenderVS
{
    pass P0
    {          
        VertexShader = compile vs_1_1 RenderSceneVS();
    }
}

Wenn Sie das Effect-Compiler-Tool verwenden, um den Shader für vs_1_1 zu kompilieren, werden die folgenden Assemblyanweisungen generiert:

technique RenderVS
{
    pass P0
    {
        vertexshader = 
            asm {
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float3 g_LightDir;
            //   float4x4 g_mWorldInverse;
            //   float4x4 g_mWorldViewProjection;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name                   Reg   Size
            //   ---------------------- ----- ----
            //   g_mWorldViewProjection c0       4
            //   g_mWorldInverse        c4       3
            //   g_LightDir             c7       1
            //
            
                vs_1_1
                def c8, 0, 0, 0, 0
                dcl_position v0
                dcl_normal v1
                dcl_texcoord v2
                mov r1.xyz, c7
                dp3 r0.x, r1, c4
                dp3 r0.y, r1, c5
                dp3 r0.z, r1, c6
                dp4 oPos.x, v0, c0
                dp3 r1.x, r0, r0
                dp4 oPos.y, v0, c1
                rsq r0.w, r1.x
                dp4 oPos.z, v0, c2
                mul r0.xyz, r0, r0.w
                dp4 oPos.w, v0, c3
                dp3 r0.x, v1, r0
                max oD0, r0.x, c8.x
                mov oT0.xy, v2
            
            // approximately 14 instruction slots used
            };

        //No embedded pixel shader
    }
}

Dies verwendet ungefähr 14 Slots und verbraucht 9 Konstantenregister. Mit einem Preshader verschiebt der Compiler die statischen Ausdrücke aus dem Shader in den Preshader. Derselbe Shader würde mit einem Preshader wie folgt aussehen:

technique RenderVS
{
    pass P0
    {
        vertexshader = 
            asm {
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float3 g_LightDir;
            //   float4x4 g_mWorldInverse;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name            Reg   Size
            //   --------------- ----- ----
            //   g_mWorldInverse c0       3
            //   g_LightDir      c3       1
            //
            
                preshader
                dot r0.x, c3.xyz, c0.xyz
                dot r0.y, c3.xyz, c1.xyz
                dot r0.z, c3.xyz, c2.xyz
                dot r1.w, r0.xyz, r0.xyz
                rsq r0.w, r1.w
                mul c4.xyz, r0.w, r0.xyz
            
            // approximately 6 instructions used
            //
            // Generated by Microsoft (R) D3DX9 Shader Compiler 9.15.779.0000
            //
            // Parameters:
            //
            //   float4x4 g_mWorldViewProjection;
            //
            //
            // Registers:
            //
            //   Name                   Reg   Size
            //   ---------------------- ----- ----
            //   g_mWorldViewProjection c0       4
            //
            
                vs_1_1
                def c5, 0, 0, 0, 0
                dcl_position v0
                dcl_normal v1
                dcl_texcoord v2
                dp4 oPos.x, v0, c0
                dp4 oPos.y, v0, c1
                dp4 oPos.z, v0, c2
                dp4 oPos.w, v0, c3
                dp3 r0.x, v1, c4
                max oD0, r0.x, c5.x
                mov oT0.xy, v2
            
            // approximately 7 instruction slots used
            };

        //No embedded pixel shader
    }
}

Ein Effekt führt einen Preshader direkt vor dem Ausführen eines Shaders aus. Das Ergebnis ist die gleiche Funktionalität mit erhöhter Shaderleistung, da die Anzahl der Auszuführenden Anweisungen (je nach Shadertyp für jeden Scheitelpunkt oder Pixel) reduziert wurde. Darüber hinaus werden weniger Konstantenregister vom Shader verwendet, da die statischen Ausdrücke in den Preshader verschoben werden. Dies bedeutet, dass Shader, die zuvor durch die Anzahl der benötigten Konstantenregister beschränkt wurden, jetzt kompilieren können, da sie weniger Konstantenregister benötigen. Es ist sinnvoll, von Preshadern eine Leistungsverbesserung von 5 Prozent und eine Leistungsverbesserung von 20 Prozent zu erwarten.

Beachten Sie, dass sich die Eingabekonstanten von den Ausgabekonstanten in einem Preshader unterscheiden. Die Ausgabe c1 ist nicht identisch mit dem Eingaberegister c1. Beim Schreiben in ein Konstantenregister in einem Preshader wird tatsächlich in den Eingabeslot (Konstante) des entsprechenden Shaders geschrieben.

// BaseDelta c0 1
// Refinements c1 1
preshader
mul c1.x, c0.x, (-2)
add c0.x, c0.x, c0.x
cmp c5.x, c1.x, (1), (0)

Die obige cmp-Anweisung liest den Preshader c1-Wert, während die mul-Anweisung in die Hardwareshaderregister schreibt, die vom Vertex-Shader verwendet werden sollen.

Verwenden von Parameterblöcken zum Verwalten von Effektparametern

Parameterblöcke sind Blöcke von Effektzustandsänderungen. Ein Parameterblock kann Zustandsänderungen aufzeichnen, sodass sie später mit einem einzelnen Aufruf angewendet werden können. Erstellen Sie einen Parameterblock, indem Sie ID3DXEffect::BeginParameterBlock aufrufen:

    m_pEffect->SetTechnique( "RenderScene" );

    m_pEffect->BeginParameterBlock();
    D3DXVECTOR4 v4( Diffuse.r, Diffuse.g, Diffuse.b, Diffuse.a );
    m_pEffect->SetVector( "g_vDiffuse", &v4 );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fReflectivity", fReflectivity );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fAnimSpeed", fAnimSpeed );
    m_pEffect->SetFloat( "g_fSizeMul", fSize );
    m_hParameters = m_pEffect->EndParameterBlock();

Der Parameterblock speichert vier Änderungen, die von den API-Aufrufen angewendet werden. Der Aufruf von ID3DXEffect::BeginParameterBlock beginnt mit der Aufzeichnung der Zustandsänderungen. ID3DXEffect::EndParameterBlock beendet das Hinzufügen der Änderungen am Parameterblock und gibt ein Handle zurück. Das Handle wird beim Aufrufen von ID3DXEffect::ApplyParameterBlock verwendet.

Im EffectParam-Beispiel wird der Parameterblock in der Rendersequenz angewendet:

CObj g_aObj[NUM_OBJS];       // Object instances

    if( SUCCEEDED( pd3dDevice->BeginScene() ) )
    {
        // Set the shared parameters using the first mesh's effect.

        // Render the mesh objects
        for( int i = 0; i < NUM_OBJS; ++i )
        {
            ID3DXEffect *pEffect = g_aObj[i].m_pEffect;

            // Apply the parameters
            pEffect->ApplyParameterBlock( g_aObj[i].m_hParameters );

            ...

            pEffect->Begin( &cPasses, 0 );
            for( iPass = 0; iPass < cPasses; iPass++ )
            {
              ...
            }
            pEffect->End();
        }

        ...
        pd3dDevice->EndScene();
    }

Der Parameterblock legt den Wert aller vier Zustandsänderungen kurz vor dem Aufruf von ID3DXEffect::Begin fest. Parameterblöcke sind eine praktische Möglichkeit, mehrere Zustandsänderungen mit einem einzelnen API-Aufruf festzulegen.

Effekte