Sherrod A., Jones W. - Beginning DirectX 11 Game Programming [2011, PDF, ENG]

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
Chapter 1 The What, Why, and How of DirectX . . . . . . . . . . . . . . . . 1
What Is DirectX? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
DirectX 10 versus DirectX 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
DirectX 11 versus DirectX 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
DirectX 11 versus OpenGL 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Why Is DirectX Needed? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
How DirectX Is Put Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
The Components of DirectX 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Obsolete DirectX Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Introducing Direct3D 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Stages of Direct3D 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Direct3D 11 Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
DirectX Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Sample Browser and Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
PIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Caps Viewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Diagnostic Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Texture Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Error Lookup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Control Panel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Cross-Platform Audio Creation Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Game Definition File Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Down-Level Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Chapter 2 Your First DirectX Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Creating the Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Adding Windows Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
The Main Entry Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Windows Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Windows Callback Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Time for Direct3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Adding the DirectX Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Initializing Direct3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Driver Types and Features Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Device and Swap Chain Creation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Render Target View Creation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
The Viewport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Clearing and Displaying the Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Cleaning Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
The Blank D3D Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Design of the Template Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
The Direct3D Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
The Blank Window Demo Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Updating the Application Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
DirectX Error Handling Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Error Handling Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Error Handling Macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Chapter 3 2D Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2D Game Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Textures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Sprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2D Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
What Is a Vertex? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Definition of a Triangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Vertex Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Input Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Drawing a 2D Triangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2D Triangle Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Loading the Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Rendering the Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Texture Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Texture Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
MIP Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Texture Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Texture Mapping Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Sprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Z-Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Sprite Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Getting Sprites to the Screen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Positioning and Scaling Sprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
The Game Sprite Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Creating and Rendering the Game Sprite . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
What You Have Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
On Your Own . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Chapter 4 Text and Font Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Text in Games . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Adding Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Textured Fonts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
A Font System Explained . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Creating a Font System Using Sprites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Advanced Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
In-Game Text Boxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
In-Game Console Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Game Menus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Heads-Up Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
On Your Own . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Chapter 5 Input Detection and Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
I Need Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Input Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Keyboard Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Win32 Keyboard Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
DirectInput Keyboard Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
DirectInput Keyboard Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Mouse Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
DirectInput Mouse Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
XInput—Game Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Setting Up XInput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Controller Vibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
XInput for Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Controller Capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Battery Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Keystrokes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Headset Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
XInput Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
What You Have Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
On Your Own . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Chapter 6 3D Primer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
XNA Math . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Vector Arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Distance Between Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Determining the Length of a Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Normalize a Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Cross Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Dot Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
3D Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Coordinate Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
World Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242View Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Projection Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Transforming an Object . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
The Identity Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Matrix Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Matrix Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Matrix Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Matrix Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Cube Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Additional XNA Math Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Compiler Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Macros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Structures and Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Additional Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Additional Math Structures and Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Game Physics and Collision Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
What You Have Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Chapter 7 Shaders and Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Shaders in Direct3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
History of Programmable Shaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Effect Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Effect File Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Loading an Effect File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
External Variables and Constant Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Input and Output Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Technique Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Rasterizer States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
High Level Shading Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
Variable Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
Semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Function Declarations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Vertex Shaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Contents ixPixel Shaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Texture Color Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Color Shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Multitexturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Geometry Shaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Geometry Shader Function Declaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
The Geometry Shader Explained . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Introduction to Lighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
What You Have Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
On Your Own . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Chapter 8 Cameras and Models in Direct3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Cameras in Direct3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Look-At Camera Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Arc-Ball Camera Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Meshes and Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
The OBJ File Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
Reading Tokens from a File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
Loading Meshes from OBJ Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Advanced Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
Complex Cameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
3D Level Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
What You Have Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Chapter Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365