法線ベクトル

法線ベクトルを設定したモデルを描画します。

プロジェクトの説明

法線ベクトルを設定したモデルを作成して描画します。
DirectX9 で使えた D3DXCreateTeapot や D3DXCreateTorus が使えなくなっています。
簡単にメッシュが生成出来て、サンプルプログラムの作成に重宝していたのですが残念です。
但し、Cube や Box や Shapes のモデルを生成する関数は、姿を変えてサポートされているようです。
モデルの生成は Create Cube を参照して下さい。
D3DXCreateTeapot などで生成したモデルの頂点データは「三次元座標と法線ベクトル」で構成されていました。
法線ベクトルの説明は Windows Guid を参照して下さい。
ここでは三次元座標と法線ベクトルで構成するモデルを定義して、回転しながら描画します。
Direct3D Reader をベースにして修正します。
Model.h の頂点データ構造体を pos と norm に設定します。
XMFLOAT3 pos が頂点座標で、後の XMFLOAT3 norm が法線ベクトルです。
struct VertexPosition { DirectX::XMFLOAT3 pos; DirectX::XMFLOAT3 norm; };

Model.cpp の InputLayout の定義も頂点データの形式に合わせて修正します。

    const D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC vertexDesc[] =
    {
        { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0,  0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
        { "NORMAL",   0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
    };

Model.cpp で立方体の頂点座標を VertexPosition を使って定義します。
先の XMFLOAT3 が頂点座標で、後の XMFLOAT3 が法線ベクトルです。

    VertexPosition cubeVertices[] = 
    {
        { XMFLOAT3(-0.5f, 0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f) }, // +Y (top face)
        { XMFLOAT3( 0.5f, 0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3( 0.5f, 0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, 0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 1.0f, 0.0f) },

        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(0.0f, -1.0f, 0.0f) }, // -Y (bottom face)
        { XMFLOAT3( 0.5f, -0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(0.0f, -1.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3( 0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, -1.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, -1.0f, 0.0f) },

        { XMFLOAT3(0.5f,  0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f) }, // +X (right face)
        { XMFLOAT3(0.5f,  0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(0.5f, -0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(1.0f, 0.0f, 0.0f) },

        { XMFLOAT3(-0.5f,  0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(-1.0f, 0.0f, 0.0f) }, // -X (left face)
        { XMFLOAT3(-0.5f,  0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(-1.0f, 0.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f,  0.5f), XMFLOAT3(-1.0f, 0.0f, 0.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(-1.0f, 0.0f, 0.0f) },

        { XMFLOAT3(-0.5f,  0.5f, 0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, 1.0f) }, // +Z (front face)
        { XMFLOAT3( 0.5f,  0.5f, 0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, 1.0f) },
        { XMFLOAT3( 0.5f, -0.5f, 0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, 1.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f, 0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, 1.0f) },

        { XMFLOAT3( 0.5f,  0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, -1.0f) }, // -Z (back face)
        { XMFLOAT3(-0.5f,  0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, -1.0f) },
        { XMFLOAT3(-0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, -1.0f) },
        { XMFLOAT3( 0.5f, -0.5f, -0.5f), XMFLOAT3(0.0f, 0.0f, -1.0f) },
    };

続いてモデルの頂点 Index を定義します。

    unsigned short modelIndices[] = 
    {
        0, 1, 2,      0, 2, 3,
        4, 5, 6,      4, 6, 7,
        8, 9, 10,     8, 10, 11,
        12, 13, 14,   12, 14, 15,
        16, 17, 18,   16, 18, 19,
        20, 21, 22,   20, 22, 23
    };

Shader も頂点データの形式に合ったものを使用します。
SimplePixelShader.hlsl です。
モデルの色を黄色 float4(1,1,0.2,1) に設定しています。

struct PixelShaderInput
{
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 norm : NORMAL;
};

float4 main(PixelShaderInput input) : SV_TARGET
{
    float3 lightDirection = normalize(float3(1, -1, 0));
    float lightMagnitude = 0.8f * saturate(dot( input.norm, -lightDirection)) + 0.2f;
    return float4(1,1,0.2,1) * lightMagnitude;
}

SimpleVertexShader.hlsl です。

cbuffer ModelViewProjectionConstantBuffer : register(b0)
{
    matrix model;
    matrix view;
    matrix projection;
};

struct VertexShaderInput
{
    float3 pos : POSITION;
    float3 norm : NORMAL;
};

struct VertexShaderOutput
{
    float4 pos : SV_POSITION;
    float3 norm : NORMAL;
};

VertexShaderOutput main(VertexShaderInput input)
{
    VertexShaderOutput output;
    float4 pos = float4(input.pos, 1.0f);

    // Transform the vertex position into projected space.
    pos = mul(pos, model);
    pos = mul(pos, view);
    pos = mul(pos, projection);
    output.pos = pos;

    float4 norm = float4(normalize(input.norm), 0.0f);
    norm = mul(norm, model);
    output.norm = normalize(norm.xyz);
    return output;
}

プロジェクトを実行すると、黄色の立方体が回転しながら描画されます。
DirectX10 でも同様のプログラム立方体を光源で照らして描画するを作成しています。
Shader の説明は Direct3D 9 での HLSL シェーダーの記述を参照して下さい。

多角錐をプログラムで生成

次はプログラムで多角錐を生成して描画してみましょう。
モデルの頂点座標と頂点 Index の領域の定義です。

#define      KAKU      7    // (pyramid の角の数+1)
  
    // モデルの頂点座標
    VertexPosition modelVertices[KAKU*2];
    // モデルの頂点 Index
    unsigned short modelIndices[KAKU*6];

プログラムで「頂点座標と法線ベクトル」を計算します。

    for(int slice=0; slice<KAKU; slice++)
    {
        float v = (float)slice/(float)(KAKU-1);
        float theta = v * 3.14f * 2;
        modelVertices[2*slice+0].pos = XMFLOAT3( sinf(theta),-1.0f, cosf(theta) );
        modelVertices[2*slice+0].norm = XMFLOAT3( sinf(theta), 1.0f, cosf(theta) );
        modelVertices[2*slice+1].pos = XMFLOAT3( 0.0f, 1.0f, 0.0f );
        modelVertices[2*slice+1].norm = XMFLOAT3( sinf(theta), 1.0f, cosf(theta) );
    }
    for(int slice=0; slice<(KAKU-1); slice++)
    {
        modelIndices[3*slice+0] = slice*2+0;
        modelIndices[3*slice+1] = slice*2+1;
        modelIndices[3*slice+2] = slice*2+2;
        modelIndices[3*(KAKU+slice)+0] = slice*2+3;
        modelIndices[3*(KAKU+slice)+1] = slice*2+2;
        modelIndices[3*(KAKU+slice)+2] = slice*2+1;
    }

頂点座標と頂点 Index の定義を除いて、プログラムは前回と同じです。
多角錐が回転しながら描画されることを、確かめて下さい。
DirectX10 でも同様のプログラム円柱(円錐)をプログラムで生成するを掲載しています。
DirectX9 でも法線ベクトルのプログラム VertexBuffer で多角形の筒を描画するを掲載しています。
またテクスチャを貼り付けるプログラム円筒にテクスチャを貼り付けて描画するも掲載しています。

超初心者のプログラム入門(DirectX Store)

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