DirectX11シェーダー入門

cbuffer ConstBuff : register(b0)
{
  matrix mtxProj;
  matrix mtxView;
  matrix mtxWorld;
  float4 Diffuse;
};

struct VS_INPUT
{
  float3 Pos : POSITION;
  float2 Tex : TEXCOORD;
};

struct PS_INPUT
{
  float4 Pos : SV_POSITION;
  float2 Tex : TEXCOORD;
};

PS_INPUT vsMain(VS_INPUT input)
{
  PS_INPUT output = (PS_INPUT)0;
  output.Pos = mul(float4(input.Pos,1), mtxWorld);
  output.Pos = mul(output.Pos, mtxView);
  output.Pos = mul(output.Pos, mtxProj);
  output.Tex = input.Tex;
  return output;
}

Texture2D txDiffuse : register(t0);
SamplerState samLinear : register(s0);

cbuffer ConstBuff : register(b0)
{
  matrix mtxProj;
  matrix mtxView;
  matrix mtxWorld;
  float4 Diffuse;
};

struct PS_INPUT
{
  float4 Pos : SV_POSITION;
  float2 Tex : TEXCOORD;
};

float4 psMain(PS_INPUT input) : SV_Target
{
  return txDiffuse.Sample(samLinear, input.Tex)*Diffuse;
}

コンパイルで生成したバイナリファイル（*.cso）から、DirectX11のシェーダーインターフェイス(ID3D11VertexShader ID3D11PixelShader)を作成します。

  // ComPtr<ID3D11Device> pDevice;
  // ComPtr<ID3D11VertexShader> pVertexShader;
  // ComPtr<ID3D11PixelShader> pPixelShader;
  // const void* vcode = 頂点シェーダバイナリデータ
  // int vcode_size = 頂点シェーダバイナリデータサイズ
  // const void* pcode = ピクセルシェーダバイナリデータ
  // int pcode_size = ピクセルシェーダバイナリデータサイズ
  pDevice->CreateVertexShader(vcode, vcode_size, NULL, &pVertexShader);
  pDevice->CreatePixelShader(pcode, pcode_size, NULL, &pPixelShader);

D3D11_BIND_VERTEX_BUFFERを指定してバッファ（ID3D11Buffer）を作成します。書き込むデータの情報も同時に渡します。

  //頂点データ構造体
  struct VertexData
  {
    FLOAT x, y, z;
    FLOAT tx,ty;
  };
	
  // 頂点バッファ作成
  VertexData vertices[3] = {
    { 0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.5f,  0.0f },
    { 0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f,  1.0f },
    { -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f,  1.0f },
  };

  D3D11_BUFFER_DESC bd;
  ZeroMemory(&bd, sizeof(bd));
  bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
  bd.ByteWidth = sizeof(VertexData) * 3;
  bd.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
  bd.CPUAccessFlags = 0;

  D3D11_SUBRESOURCE_DATA InitData;
  ZeroMemory(&InitData, sizeof(InitData));
  InitData.pSysMem = vertices;

  pDevice->CreateBuffer(&bd, &InitData, &pVertexBuffer);

頂点データ構造の定義します。位置データfloat*3とテクスチャ座標float*2を1つの頂点としているためD3D11_INPUT_ELEMENT_DESCを以下のように定義し、入力レイアウトを作成します。それと頂点シェーダのバイナリデータも必要になります。

  // ComPtr<ID3D11InputLayout> pVertexLayout;
  // const void* vcode = 頂点シェーダバイナリデータ
  // int vcode_size = 頂点シェーダバイナリデータサイズ
	
  //頂点シェーダーでの入力
  //struct VS_INPUT{
  //  float4 Pos : POSITION;
  //  float2 Tex : TEXCOORD;
  //};

  // 入力レイアウト定義
  D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC layout[] = {
    { "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
    { "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 12, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
  };
  UINT elem_num = ARRAYSIZE(layout);

  // 入力レイアウト作成
  pDevice->CreateInputLayout(layout, elem_num, vcode, vcode_size, &pVertexLayout);

  // ComPtr<ID3D11Buffer> pIndexBuffer;
 
  // vertices[0] vertices[1] vertices[2] で三角形をつくる
  UINT indices[3] = {0,1,2};
  
  D3D11_BUFFER_DESC bd;
  ZeroMemory(&bd, sizeof(bd));
  bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
  bd.ByteWidth = sizeof(int) * 3;
  bd.BindFlags = D3D11_BIND_INDEX_BUFFER;
  bd.CPUAccessFlags = 0;
  
  D3D11_SUBRESOURCE_DATA InitData;
  ZeroMemory(&InitData, sizeof(InitData));
  InitData.pSysMem = indices;
  pDevice->CreateBuffer(&bd, &InitData, &pIndexBuffer);

cbufferという専用の定義命令を使用します。定義の方法は構造体と同じように行います。定数バッファは複数定義でき、それぞれにスロット番号を割り振ります。register(b0)でスロット番号に0を割り振っています。省略した場合、自動的に割り振られますが番号の管理が面倒になるため番号固定に、また簡略化のため頂点シェーダーとピクセルシェーダーで同じ定数バッファを使用しています。本格的なプログラムを行う場合は、更新頻度や利用頻度を元に定数バッファを分割します。使用可能な定数バッファの数はD3D11_COMMONSHADER_CONSTANT_BUFFER_API_SLOT_COUNTで定義されています。

cbuffer ConstBuff : register(b0)
{
  matrix mtxProj;
  matrix mtxView;
  matrix mtxWorld;
  float4 Diffuse;
};

D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFERを指定し、バッファ（ID3D11Buffer）を作成します。シェーダーでの定数バッファ定義と同じ構造を構造体を定義することで、シェーダーとのデータ受け渡しが簡単に行えます。

  //ComPtr<ID3D11Buffer> pCBuffer;

  //シェーダ定数バッファ
  struct ConstBuffer
  {
    XMMATRIX mtxProj;
    XMMATRIX mtxView;
    XMMATRIX mtxWorld;
    XMVECTOR Diffuse;
  };

  D3D11_BUFFER_DESC bd;
  ZeroMemory(&bd, sizeof(bd));
  bd.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
  bd.ByteWidth = sizeof(ConstBuffer);
  bd.BindFlags = D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER;
  bd.CPUAccessFlags = 0;
  pDevice->CreateBuffer(&bd, nullptr, &pCBuffer);

バッファ（ID3D11Buffer）を直接更新できないため、UpdateSubresource関数を使用します。DirectX（DirectXMath）は行優先、シェーダーは列優先行列となっているため、行列をシェーダーに渡す場合転置する必要があります。

  // ComPtr<ID3D11DeviceContext>	pImContext;

  ConstBuffer cbuff;
  
  // cbuffの内容書き換え	
  // 行列は転置する

  //定数バッファ内容更新
  pImContext->UpdateSubresource(pCBuffer.Get(), 0, NULL, &cbuff, 0, 0);

DirectXTexのCreateWICTextureFromFile関数で画像ファイルからテクスチャ（ID3D11Resource）とシェーダーリソースビュー（ID3D11ShaderResourceView）を作成します。シェーダーからテクスチャにアクセスするために、画像フォーマットなどを定義したシェーダーリソースビューというオブジェクトを作成します。

  // ComPtr<ID3D11Resource> pTexture;
  // ComPtr<ID3D11ShaderResourceView> pShaderResView;
  DirectX::CreateWICTextureFromFile(pDevice.Get(), L"data\\image.png", &pTexture, &pShaderResView);

テクスチャの色を取得する際の補間フィルタやミップマップなどを設定するためにサンプラー（ID3D11SamplerState）を作成します。

  // ComPtr<ID3D11SamplerState> pSampler;
  D3D11_SAMPLER_DESC sampDesc;
  ZeroMemory(&sampDesc, sizeof(sampDesc));
  sampDesc.Filter = D3D11_FILTER_MIN_MAG_MIP_LINEAR;
  sampDesc.AddressU = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
  sampDesc.AddressV = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
  sampDesc.AddressW = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
  sampDesc.ComparisonFunc = D3D11_COMPARISON_NEVER;
  sampDesc.MinLOD = 0;
  sampDesc.MaxLOD = D3D11_FLOAT32_MAX;
  pDevice->CreateSamplerState(&sampDesc, &pSamplerLinear);

定数バッファと同じようにスロット番号を使って、複数のテクスチャとサンプラーを定義できます。register(t0)とregister(s0)がスロット番号定義、指定しない場合自動的に割り振りされます。

  Texture2D txDiffuse : register(t0);
  SamplerState samLinear : register(s0);

頂点シェーダ実行後、ポリゴンをピクセルに変換するラスタライザの動作を設定します。デフォルトでは裏向きのポリゴンが表示されないため、その機能（カリング）を無効にしています。

  // ComPtr<ID3D11RasterizerState> pRsState;
  CD3D11_DEFAULT default_state;
  CD3D11_RASTERIZER_DESC rsdesc(default_state);
  rsdesc.CullMode = D3D11_CULL_NONE;
  pDevice->CreateRasterizerState(&rsdesc, &pRsState);

ピクセルシェーダー実行後のデプステストとステンシルテストに関連する設定を行います。デフォルト（テスト無効）設定を使用しています。

  // ComPtr<ID3D11DepthStencilState> pDsState;
  CD3D11_DEFAULT default_state;
  CD3D11_DEPTH_STENCIL_DESC dsdesc(default_state);
  pDevice->CreateDepthStencilState(&dsdesc, &pDsState);

  // ComPtr<ID3D11BlendState> pBdState;
  CD3D11_DEFAULT default_state;
  CD3D11_BLEND_DESC bddesc(default_state);
  pDevice->CreateBlendState(&bddesc, &pBdState);

これまで作成したものをすべて使って描画を実行します。DirectX11ではこれが描画の最小単位になります。

  // 頂点バッファ
  UINT vb_slot = 0;
  ID3D11Buffer* vb[1] = {pVertexBuffer.Get()};
  UINT stride[1] = { sizeof(VertexData)};
  UINT offset[1] = { 0 };
  pImContext->IASetVertexBuffers(vb_slot, 1, vb, stride, offset);

  // 入力レイアウト
  pImContext->IASetInputLayout(pVertexLayout.Get());

  // インデックスバッファ
  pImContext->IASetIndexBuffer(pIndexBuffer.Get(), DXGI_FORMAT_R32_UINT, 0);

  // プリミティブ形状（三角形リスト）
  pImContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);

  // シェーダ
  pImContext->VSSetShader(pVertexShader.Get(), nullptr, 0);
  pImContext->PSSetShader(pPixelShader.Get(), nullptr, 0);

  // サンプラー
  UINT smp_slot = 0;
  ID3D11SamplerState* smp[1] = { pSampler.Get()};
  pImContext->PSSetSamplers(smp_slot, 1, smp);

  // シェーダーリソースビュー（テクスチャ）
  UINT srv_slot = 0;
  ID3D11ShaderResourceView* srv[1] = { pShaderResView.Get()};
  pImContext->PSSetShaderResources(srv_slot, 1, srv);

  //定数バッファ
  ConstBuffer cbuff;
	
  // プロジェクション行列
  FLOAT aspect = Viewport.Width / Viewport.Height;//アスペクト比
  FLOAT min_z = 0.01f;
  FLOAT max_z = 1000.0f;
  FLOAT fov = XM_PIDIV4;//画角
  cbuff.mtxProj = XMMatrixTranspose(XMMatrixPerspectiveFovLH(fov, aspect, min_z, max_z));
	
  // カメラ行列
  XMVECTOR Eye = XMVectorSet(0.0f, 1.0f, -1.5f, 0.0f);
  XMVECTOR At = XMVectorSet(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
  XMVECTOR Up = XMVectorSet(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
  cbuff.mtxView = XMMatrixTranspose(XMMatrixLookAtLH(Eye, At, Up));
	
  cbuff.mtxWorld = XMMatrixTranspose(XMMatrixRotationY(RotateY));
  cbuff.Diffuse = XMVectorSet(1.0f,1.0f,0.5f,1);
  // シェーダーでは行列を転置してから渡す

  // 定数バッファ内容更新
  pImContext->UpdateSubresource(pCBuffer.Get(), 0, NULL, &cbuff, 0, 0);

  // 定数バッファ
  UINT cb_slot = 0;
  ID3D11Buffer* cb[1] = {pCBuffer.Get()};
  pImContext->VSSetConstantBuffers(cb_slot, 1, cb);
  pImContext->PSSetConstantBuffers(cb_slot, 1, cb);

  // ラスタライザステート
  pImContext->RSSetState(pRsState.Get());

  // デプスステンシルステート
  pImContext->OMSetDepthStencilState(pDsState.Get(), 0);

  // ブレンドステート
  pImContext->OMSetBlendState(pBdState.Get(), NULL, 0xfffffff);

  // ポリゴン描画
  pImContext->DrawIndexed(3, 0, 0);

D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateVertexShader: Vertex Shader is corrupt or in an unrecognized format. [ STATE_CREATION ERROR #166: CREATEVERTEXSHADER_INVALIDSHADERBYTECODE]
D3D11 ERROR: ID3D11Device::CreateVertexShader: Shader is corrupt or in an unrecognized format. [ STATE_CREATION ERROR #166: CREATEVERTEXSHADER_INVALIDSHADERBYTECODE]