D3D Tutorial 03: Matrices

#include "stdafx.h"

LPDIRECT3D9 g_pD3D = NULL; // D3D 디바이스를 생성할 D3D 객체 변수
LPDIRECT3DDEVICE9 g_pd3dDevice = NULL; // 렌더링에 사용될 D3D 디바이스
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 g_pVB = NULL; // 정점을 보관할 정점 버퍼

// 사용자 정점을 정의할 구조체
struct CUSTOMVERTEX
{
	FLOAT x, y, z; // 정점의 변환된 좌표
	// FVF 선언 순서에 위배되면 절대로 작동하지 않고, 출력 결과는 장담할 수 없게된다.
	DWORD color; // 정점의 색깔
};

// 사용자 정점 구조체에 관한 정보를 나타내는 FVF(Flexible Vertext Format) 값
// 구조체는 X, Y, Z 값과 Diffuse 색깔값으로 이루어져 있음을 알 수 있다.
// 여기서 FVF는 D3D에서 정해져 있는 정점의 포맷 중에서 자신이 제작하는 프로그램에
// 알맞은 것들을 모아서 새로운 정점 포맷을 정하는 방법이다.
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ|D3DFVF_DIFFUSE)

/* Direct3D 초기화 */
HRESULT InitD3D(HWND hWnd)
{
	// 디바이스를 생성하기 위한 D3D 객체 생성
	if (NULL == (g_pD3D = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION)))
		return E_FAIL; // 생성 실패시 E_FAIL를 반환

	D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp; // 디바이스 생성을 위한 구조체
	// 반드시 ZeroMemory() 함수로 미리 구조체를 깨끗이 지워야 한다.
	ZeroMemory(&d3dpp, sizeof(d3dpp));
	d3dpp.Windowed = TRUE; // 창모드로 생성
	d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD; // 가장 효율적인 SWAP 효과
	// 현재 바탕화면 모드에 맞춰서 후면 버퍼 생성
	d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_UNKNOWN;

	// 디바이스를 다음과 같은 설정으로 생성한다.
	// 1. 디폴트 비디오카드를 사용한다(대부분은 비디오카드가 1개다).
	// 2. HAL 디바이스를 생성한다(HW 가속장치를 사용하겠다는 의미).
	// 3. 정점 처리는 모든 카드에서 지원하는 SW 처리로 생성한다(HW로 생성할 경우
	// 더욱 높은 성능을 낸다).

	// CreateDevice의 전달 인자:
	// HRESULT CreateDevice(UINT Adapter, D3DDEVTYPE DeviceType, HWND hFocusWindow, DWORD BehaviorFlags,
	// D3DPRESENT_PARAMETERS* pPresentationParameters, IDirect3DDevice9** ppReturnedDeviceInterface)
	// Adapter: 디바이스를 생성할 화면의 순서 번호. D3DADAPTER_DEFAULT는 기본 화면을 나타냄.
	// DeviceType: 출력 디바이스의 종류를 결정한다.
	// hFocusWindow: 디바이스가 출력할 윈도우의 핸들이다.
	// BehaviorFlags: 장치 생성을 제어하는 옵션이다.
	// pPresentationParameters: 앞에서 선언한 구조체의 포인터.
	// ppReturnedDeviceInterface: IDirect3DDevice9의 인터페이스를 갖고 있는 포인터가 담겨서 돌아온다.

	// 디바이스 생성에 실패할 경우
	if (FAILED(g_pD3D->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,
		D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &g_pd3dDevice)))
	{
		return E_FAIL; // 실패하였음을 의미하며, E_FAIL를 반환한다.
	}

	// 컬링 기능을 끈다. 삼각형의 앞면, 뒷면을 모두 렌더링한다.
	g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE);

	// 정점에 색깔값이 있으므로, 광원 기능을 끈다.
	g_pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_LIGHTING, FALSE);

	// 디바이스 상태 정보를 처리할 경우 여기에서 한다.
	return S_OK; // 성공하였음을 의미하며, S_OK를 반환한다.
}

/*
 * 여기서 정점 버퍼(Vertex Buffer)란, 정점을 모아두는 일종의 메모리로,
 * 정점 처리만을 위해 만들어진 특수한 메모리이다. 정점 버퍼는 크게 두 가지의 메모리를 사용하는데,
 * 그것이 바로 비디오 메모리와 시스템 메모리다.
 *
 * 정점 버퍼를 생성하고 정점값을 채워 넣는다.
 * 정점 버퍼란 기본적으로 정점 정보를 갖고 있는 메모리 블록이다.
 * 정점 버퍼를 생성한 다음에는 반드시 Lock()과 Unlock()으로 포인터를 얻어내서
 * 정점 정보를 정점 버퍼에 써넣어야 한다.
 * 또한 D3D는 인덱스 버퍼도 사용 가능하다는 것을 명심하자.
 * 정점 버퍼나 인덱스 버퍼는 기본 시스템 메모리 외에 디바이스 메모리(비디오카드 메모리)
 * 에 생성될 수 있는데, 대부분의 비디오카드에서는 이렇게 할 경우 엄청난 속도의 향상을
 * 얻을 수 있다.
*/
/* 기하 정보 초기화 */
HRESULT InitGeometry()
{
	// 삼각형을 렌더링하기 위해 세 개의 정점을 선언
	CUSTOMVERTEX g_vertices[] =
	{
		// 색의 경우, 0xAARRGGBB의 순서로 값을 주게 된다. 여기서 A, R, G, B는
		// A: Alpha 값으로 0x00~0xff 값을 가짐.
		// R, G, B: Red, Green, Blue의 값으로 0x00~0xff 값을 가짐.
		{-1.0f, -1.0f, 0.0f, 0xffff0000, }, // x, y, z, color
		{1.0f, -1.0f, 0.0f, 0xff0000ff, },
		{0.0f, 1.0f, 0.0f, 0xffffffff, },
	};

	// 정점 버퍼 생성
	// 3개의 사용자 정점을 보관할 메모리를 할당한다.
	// FVF를 지정하여 보관할 데이터의 형식을 지정한다.

	// CreateVertexBuffer의 전달 인자:
	// HRESULT IDirect3DVertexBuffer8::CreateVertexBuffer(UINT Length, DWORD Usage, DWORD FVF,
	// D3DPOOL Pool, IDirect3DVertexBuffer9** ppVertexBuffer, HANDLE* pSharedHandle)
	// Length: 생성할 정점 버퍼의 바이트 단위 크기
	// Usage: 정점 버퍼의 종류, 혹은 처리방식(SW, HW) 지정
	// FVF: 정점 정보 구조체에 따라 선언된 FVF 플래그 값
	// Pool: 정점 버퍼가 저장될 메모리의 위치(비디오카드, 시스템 메모리)와 관리방식 지정
	// ppVertexBuffer: 반환될 정점 버퍼의 인터페이스
	// pSharedHandle: 예약되었음. 현재는 무조건 NULL값
	if (FAILED(g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(3*sizeof(CUSTOMVERTEX), 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX,
		D3DPOOL_DEFAULT, &g_pVB, NULL)))
	{
		return E_FAIL;
	}

	// 정점 버퍼를 값으로 채운다. (생성한 정점 버퍼는 쓰레기 값으로 가득 차있기 때문에)
	// 정점 버퍼의 Lock() 함수를 호출하여 메모리 포인터를 얻어온다.
	VOID* pVertices;
	// Lock의 전달 인자:
	// HRESULT IDirect3DVertexBuffer8::Lock(UINT OffsetToLock, UINT SizeToLock, BYTE** ppbData,
	// DWORD Flags)
	// OffsetToLock: Lock을 할 버퍼의 시작점, SizeToLock과 함께 양쪽 모두 0이면 전체 버퍼
	// SizeToLock: Lock을 할 버퍼의 크기, OffsetToLock과 함께 양쪽 모두 0이면 전체 버퍼
	// ppbData: 읽고 쓸 수 있게 된 메모리 영역의 포인터
	// Flags: Lock을 수행할 때 함께 사용하는 플래그
	if (FAILED(g_pVB->Lock(0, sizeof(g_vertices), (void**) &pVertices, 0)))
		return E_FAIL;

	// 정점 버퍼에 값을 쓴다.
	memcpy(pVertices, g_vertices, sizeof(g_vertices));
	// 주의: Lock()을 수행한 정점 버퍼는 반드시 Unlock()을 호출해 주어야 한다.
	g_pVB->Unlock();

	return S_OK;
}

/* 초기화된 객체를 소거한다. */
VOID Cleanup()
{
	// 반드시 생성 순서의 역순으로 해제를 해주어야 한다. Release는 객체를 해제/소거 하는 역할을 한다.
	if (g_pVB != NULL)
		g_pVB->Release();

	if (g_pd3dDevice != NULL)
		g_pd3dDevice->Release();

	if (g_pD3D != NULL)
		g_pD3D->Release();
}

/* 행렬 설정
 * 행렬은 세 개가 있고, 각각 월드, 뷰, 프로젝션 행렬이다. */
VOID SetupMatrices()
{
	// 월드 행렬
	D3DXMATRIXA16 matWorld;

	// float 연산의 정밀도를 위해서 1000으로 나머지 연산한다.
	// timeGetTime: 윈도우가 시작되어서 지금까지 흐른 시간을 ms(1/1000) 단위로 나타낸다.
	UINT iTime = timeGetTime() % 1000;
	// 1000 밀리초마다 한 바퀴씩(2 * pi) 회전 애니메이션 행렬을 만든다.
	FLOAT fAngle = iTime * (2.0f * D3DX_PI) / 1000.0f;
	// Y축을 회전축으로 회전행렬 생성
	D3DXMatrixRotationY(&matWorld, fAngle);
	// 생성한 회전 행렬을 월드 행렬로 디바이스에 설정
	// TnL(하드웨어 가속) 지원을 받기 위해 아래처럼 해준다.
	g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_WORLD, &matWorld);

	// 뷰 행렬을 정의하기 위해서는 세 가지 값이 필요하다.
	// 1. 눈의 위치(0, 3.0, -5)
	D3DXVECTOR3 vEyePt(0.0f, 3.0f, -5.0f);
	// 2. 눈이 바라보는 위치(0, 0, 0)
	D3DXVECTOR3 vLookatPt(0.0f, 0.0f, 0.0f);
	// 3. 천정 방향을 나타내는 상방벡터(0, 1, 0)
	D3DXVECTOR3 vUpVec(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	D3DXMATRIXA16 matView;

	// D3DXMatrixLookAtLH: 카메라 변환 행렬 계산
	// matView: 변환 행렬이 들어갈 행렬 구조체
	// vEyePt: 카메라의 위치 월드 좌표
	// vLookatPt: 카메라가 바라보는 위치 월드 좌표
	// vUpVec: 카메라의 상방 로컬 벡터
	D3DXMatrixLookAtLH(&matView, &vEyePt, &vLookatPt, &vUpVec);
	// 1, 2, 3의 값으로 뷰 행렬 생성
	// 생성한 뷰 행렬을 디바이스에 설정, 카메라 변환 행렬 적용
	// SetTransform(D3DTS_VIEW, &matView);
	g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_VIEW, &matView);

	// 프로젝션 행렬을 정의하기 위해서는 시야각(FOV=Field Of View)과 종횡비(aspect ratio),
	// 클리핑 평면의 값이 필요하다.
	D3DXMATRIXA16 matProj;
	// D3DXMatrixPerspectiveFovLH: 투영 변환 행렬 계산
	// matProj : 값이 설정될 행렬
	// D3DX_PI/4 : FOV(D3DX_PI/4 = 45도)
	// 1.0f : 종횡비
	// 1.0f : 근접 클리핑 평면(near clipping plane)
	// 100.0f : 원거리 클리핑 평면(far clipping plane)
	D3DXMatrixPerspectiveFovLH(&matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 100.0f);
	// 생성한 프로젝션 행렬을 디바이스에 설정, 투영 변환 행렬 적용
	g_pd3dDevice->SetTransform(D3DTS_PROJECTION, &matProj);
}

/* 화면을 그린다 */
VOID Render()
{
	// 후면 버퍼를 검은색(0, 0, 0) 으로 지운다. (화면을 깨끗이 지움. Clear)
	g_pd3dDevice->Clear(0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0, 0, 0), 1.0f, 0);

	// 렌더링 시작, 폴리곤을 그리겠다고 D3D에게 알림(BeginScene).
	if (SUCCEEDED(g_pd3dDevice->BeginScene()))
	{
		// 월드, 뷰, 프로젝션 행렬을 설정한다.
		SetupMatrices();

		// 정점 버퍼의 삼각형을 그린다.
		// 1. 정점 정보가 담겨있는 정점 버퍼를 출력 스트림으로 할당한다.
		// SetStreamSource()로 출력할 정점 버퍼를 디바이스에 바인딩(결합)한다.
		g_pd3dDevice->SetStreamSource(0, g_pVB, 0, sizeof(CUSTOMVERTEX));
		// 2. D3D에 정점 셰이더 정보를 지정한다. 대부분의 경우에는 FVF만 지정한다.
		// SetFVF()로 정점 포맷을 디바이스에 지정한다.
		g_pd3dDevice->SetFVF(D3DFVF_CUSTOMVERTEX);
		// 3. 기하 정보를 출력하기 위한 DrawPrimitive() 함수 호출
		// DrawPrimitive()로 정점 버퍼의 폴리곤을 그린다.
		// DrawPrimitive()는 삼각형을 그려주는 함수이다.
		g_pd3dDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 1);

		// 렌더링 종료
		// 폴리곤을 다 그렸다고 D3D에게 알림(EndScene).
		g_pd3dDevice->EndScene();
	}

	// 후면 버퍼를 보이는 화면으로! (화면에 나타나게 함. Present)
	g_pd3dDevice->Present(NULL, NULL, NULL, NULL);
}

/* 윈도우 프로시저 */
LRESULT WINAPI MsgProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
	switch(msg)
	{
	case WM_DESTROY:
		Cleanup();
		PostQuitMessage(0);
		return 0;
	}

	return DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);
}

INT WINAPI WinMain(HINSTANCE hInst, HINSTANCE, LPSTR, INT)
{
	// 윈도우 클래스 등록
	WNDCLASSEX wc = {sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L,  0L,
		GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,
		"D3D Tutorial", NULL};
	RegisterClassEx(&wc);

	// 윈도우 생성
	HWND hWnd = CreateWindow("D3D Tutorial", "D3D Tutorial 03: Matrices",
		WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 100, 300, 300, GetDesktopWindow(), NULL,
		wc.hInstance, NULL);
	
	// Direct 3D 초기화
	if (SUCCEEDED(InitD3D(hWnd)))
	{
		// 장면에 사용될 기하 정보 초기화
		if (SUCCEEDED(InitGeometry()))
		{
			// 윈도우 출력
			ShowWindow(hWnd, SW_SHOWDEFAULT);
			UpdateWindow(hWnd);

			// 메시지 루프
			MSG msg;
			ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));
			while(msg.message != WM_QUIT)
			{
				// 메시지 큐에 메시지가 있으면 메시지 처리
				if (PeekMessage(&msg, NULL, 0U, 0U, PM_REMOVE))
				{
					TranslateMessage(&msg);
					DispatchMessage(&msg);
				}
				else
					// 처리할 메시지가 없으면 Render() 함수 호출
					Render();
			}
		}
	}

	// 등록된 클래스 소거
	UnregisterClass("D3D Tutorial", wc.hInstance);
	return 0;
}

결과: