[DirectX11] Tutorial 18 - 라이트 맵

Tutorial 18 - 라이트 맵

원문 : http://www.rastertek.com/dx11tut18.html

 DirectX 11에서의 라이트맵(Light map)은 보조 텍스쳐나 데이터 파일을 일종의 참조 테이블로 이용하여 아주 약간의 연산만을 수행하여 독특한 광원 효과를 만들 수 있는 방법입니다. 그 이유는 보조 텍스쳐를 광원 효과의 기초로 삼고 다른 광원 효과 관련된 계산은 하지 않기 때문입니다. 이는 엄청난 속도를 가져다줍니다. 바로 이전 튜토리얼에서 멀티텍스쳐링을 다루었기 때문에 이번 튜토리얼인 라이트맵은 약간의 수정만으로도 구현됩니다.

 라이트맵을 위해서는 두 개의 텍스쳐가 필요한데, 첫번째는 기본 텍스쳐이고 맨 왼쪽과 같습니다. 두 번째 텍스쳐는 라이트맵입니다. 대개 이것은 검정과 하얀색만으로 각 픽셀의 음영을 나타낸 것입니다. 이 튜토리얼에 사용할 스폿라이트 형식의 라이트맵은 가운데 그림입니다. 일단 기본 텍스쳐와 라이트맵이 있으면 픽셀 셰이더에서 이를 혼합하여 라이트맵 효과를 가진 텍스쳐를 만들 수 있습니다. 이 셰이더는 단순히 두 픽셀을 곱하면 되기 때문에 매우 간단합니다. 그 결과는 맨 오른쪽 그림과 같습니다.

라이트맵 정점 셰이더는 이전 멀티텍스쳐 튜토리얼의 그것과 같습니다. 역시 이름만 바뀌었습니다.

Lightmap.vs

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Filename: lightmap.vs
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
/////////////
// GLOBALS //
/////////////
cbuffer MatrixBuffer
{
    matrix worldMatrix;
    matrix viewMatrix;
    matrix projectionMatrix;
};
 
//////////////
// TYPEDEFS //
//////////////
struct VertexInputType
{
    float4 position : POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
};
 
struct PixelInputType
{
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
};
 
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Vertex Shader
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
PixelInputType LightMapVertexShader(VertexInputType input)
{
    PixelInputType output;
 
    // 적절한 행렬 계산을 위해 위치 벡터를 4 단위로 변경합니다.
    input.position.w = 1.0f;
 
    // 월드, 뷰 및 투영 행렬에 대한 정점의 위치를 ​​계산합니다.
    output.position = mul(input.position, worldMatrix);
    output.position = mul(output.position, viewMatrix);
    output.position = mul(output.position, projectionMatrix);
    
    // 픽셀 쉐이더의 텍스처 좌표를 저장한다.
    output.tex = input.tex;
    
    return output;
}

Lightmap.ps

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Filename: lightmap.ps
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
/////////////
// GLOBALS //
/////////////
Texture2D shaderTextures[2];
SamplerState SampleType;
 
 
//////////////
// TYPEDEFS //
//////////////
struct PixelInputType
{
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
};
 
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Pixel Shader
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
float4 LightMapPixelShader(PixelInputType input) : SV_TARGET
{
    float4 color;
    float4 lightColor;
    float4 finalColor;
 
    // 색상 텍스처에서 픽셀 색상을 가져옵니다.
    color = shaderTextures [0] .Sample (SampleType, input.tex);
 
    // 라이트 맵에서 픽셀 색상을 가져옵니다.
    lightColor = shaderTextures [1] .Sample (SampleType, input.tex);
 
    // 두 픽셀을 혼합합니다.
    finalColor = color * lightColor;
 
    return finalColor;
}

LightMapShaderClass 클래스는 이전의 MultiTextureShaderClass를 라이트맵을 위해 바꾼 것입니다.

LightMapShaderClass.h

#pragma once
 
class LightMapShaderClass
{
private:
    struct MatrixBufferType
    {
        XMMATRIX world;
        XMMATRIX view;
        XMMATRIX projection;
    };
 
public:
    LightMapShaderClass();
    LightMapShaderClass(const LightMapShaderClass&);
    ~LightMapShaderClass();
 
    bool Initialize(ID3D11Device*, HWND);
    void Shutdown();
    bool Render(ID3D11DeviceContext*, int, XMMATRIX, XMMATRIX, XMMATRIX, ID3D11ShaderResourceView**);
 
private:
    bool InitializeShader(ID3D11Device*, HWND, WCHAR*, WCHAR*);
    void ShutdownShader();
    void OutputShaderErrorMessage(ID3D10Blob*, HWND, WCHAR*);
 
    bool SetShaderParameters(ID3D11DeviceContext*, XMMATRIX, XMMATRIX, XMMATRIX, ID3D11ShaderResourceView**);
    void RenderShader(ID3D11DeviceContext*, int);
 
private:
    ID3D11VertexShader* m_vertexShader = nullptr;
    ID3D11PixelShader* m_pixelShader = nullptr;
    ID3D11InputLayout* m_layout = nullptr;
    ID3D11SamplerState* m_sampleState = nullptr;
    ID3D11Buffer* m_matrixBuffer = nullptr;
};

LightMapShaderClass.cpp

#include "stdafx.h"
#include "LightMapShaderClass.h"
 
 
LightMapShaderClass::LightMapShaderClass()
{
}
 
 
LightMapShaderClass::LightMapShaderClass(const LightMapShaderClass& other)
{
}
 
 
LightMapShaderClass::~LightMapShaderClass()
{
}
 
 
bool LightMapShaderClass::Initialize(ID3D11Device* device, HWND hwnd)
{
    // 정점 및 픽셀 쉐이더를 초기화합니다.
    return InitializeShader(device, hwnd, L"../Dx11Demo_18/lightmap.vs", L"../Dx11Demo_18/lightmap.ps");
}
 
 
void LightMapShaderClass::Shutdown()
{
    // 버텍스 및 픽셀 쉐이더와 관련된 객체를 종료합니다.
    ShutdownShader();
}
 
 
bool LightMapShaderClass::Render(ID3D11DeviceContext* deviceContext, int indexCount, XMMATRIX worldMatrix, 
                                 XMMATRIX viewMatrix, XMMATRIX projectionMatrix, ID3D11ShaderResourceView** textureArray)
{
    // 렌더링에 사용할 셰이더 매개 변수를 설정합니다.
    if (!SetShaderParameters(deviceContext, worldMatrix, viewMatrix, projectionMatrix, textureArray))
    {
        return false;
    }
 
    // 설정된 버퍼를 셰이더로 렌더링한다.
    RenderShader(deviceContext, indexCount);
 
    return true;
}
 
 
bool LightMapShaderClass::InitializeShader(ID3D11Device* device, HWND hwnd, WCHAR* vsFilename, WCHAR* psFilename)
{
    HRESULT result;
    ID3D10Blob* errorMessage = nullptr;
 
    // 버텍스 쉐이더 코드를 컴파일한다.
    ID3D10Blob* vertexShaderBuffer = nullptr;
    result = D3DCompileFromFile(vsFilename, NULL, NULL, "LightMapVertexShader", "vs_5_0", D3D10_SHADER_ENABLE_STRICTNESS, 0,
                                &vertexShaderBuffer, &errorMessage);
    if (FAILED(result))
    {
        // 셰이더 컴파일 실패시 오류메시지를 출력합니다.
        if (errorMessage)
        {
            OutputShaderErrorMessage(errorMessage, hwnd, vsFilename);
        }
        // 컴파일 오류가 아니라면 셰이더 파일을 찾을 수 없는 경우입니다.
        else
        {
            MessageBox(hwnd, vsFilename, L"Missing Shader File", MB_OK);
        }
 
        return false;
    }
 
    // 픽셀 쉐이더 코드를 컴파일한다.
    ID3D10Blob* pixelShaderBuffer = nullptr;
    result = D3DCompileFromFile(psFilename, NULL, NULL, "LightMapPixelShader", "ps_5_0", D3D10_SHADER_ENABLE_STRICTNESS, 0,
                                &pixelShaderBuffer, &errorMessage);
    if (FAILED(result))
    {
        // 셰이더 컴파일 실패시 오류메시지를 출력합니다.
        if (errorMessage)
        {
            OutputShaderErrorMessage(errorMessage, hwnd, psFilename);
        }
        // 컴파일 오류가 아니라면 셰이더 파일을 찾을 수 없는 경우입니다.
        else
        {
            MessageBox(hwnd, psFilename, L"Missing Shader File", MB_OK);
        }
 
        return false;
    }
 
    // 버퍼로부터 정점 셰이더를 생성한다.
    result = device->CreateVertexShader(vertexShaderBuffer->GetBufferPointer(), vertexShaderBuffer->GetBufferSize(), NULL,
                                        &m_vertexShader);
    if (FAILED(result))
    {
        return false;
    }
 
    // 버퍼에서 픽셀 쉐이더를 생성합니다.
    result = device->CreatePixelShader(pixelShaderBuffer->GetBufferPointer(), pixelShaderBuffer->GetBufferSize(), NULL,
                                       &m_pixelShader);
    if (FAILED(result))
    {
        return false;
    }
 
    // 정점 입력 레이아웃 구조체를 설정합니다.
    // 이 설정은 ModelClass와 셰이더의 VertexType 구조와 일치해야합니다.
    D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC polygonLayout[2];
    polygonLayout[0].SemanticName = "POSITION";
    polygonLayout[0].SemanticIndex = 0;
    polygonLayout[0].Format = DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT;
    polygonLayout[0].InputSlot = 0;
    polygonLayout[0].AlignedByteOffset = 0;
    polygonLayout[0].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
    polygonLayout[0].InstanceDataStepRate = 0;
 
    polygonLayout[1].SemanticName = "TEXCOORD";
    polygonLayout[1].SemanticIndex = 0;
    polygonLayout[1].Format = DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT;
    polygonLayout[1].InputSlot = 0;
    polygonLayout[1].AlignedByteOffset = D3D11_APPEND_ALIGNED_ELEMENT;
    polygonLayout[1].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
    polygonLayout[1].InstanceDataStepRate = 0;
 
    // 레이아웃의 요소 수를 가져옵니다.
    UINT numElements = sizeof(polygonLayout) / sizeof(polygonLayout[0]);
 
    // 정점 입력 레이아웃을 만듭니다.
    result = device->CreateInputLayout(polygonLayout, numElements, vertexShaderBuffer->GetBufferPointer(),
        vertexShaderBuffer->GetBufferSize(), &m_layout);
    if (FAILED(result))
    {
        return false;
    }
 
    // 더 이상 사용되지 않는 정점 셰이더 퍼버와 픽셀 셰이더 버퍼를 해제합니다.
    vertexShaderBuffer->Release();
    vertexShaderBuffer = 0;
 
    pixelShaderBuffer->Release();
    pixelShaderBuffer = 0;
 
    // 정점 셰이더에 있는 행렬 상수 버퍼의 구조체를 작성합니다.
    D3D11_BUFFER_DESC matrixBufferDesc;
    matrixBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DYNAMIC;
    matrixBufferDesc.ByteWidth = sizeof(MatrixBufferType);
    matrixBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER;
    matrixBufferDesc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_WRITE;
    matrixBufferDesc.MiscFlags = 0;
    matrixBufferDesc.StructureByteStride = 0;
 
    // 상수 버퍼 포인터를 만들어 이 클래스에서 정점 셰이더 상수 버퍼에 접근할 수 있게 합니다.
    result = device->CreateBuffer(&matrixBufferDesc, NULL, &m_matrixBuffer);
    if (FAILED(result))
    {
        return false;
    }
 
    // 텍스처 샘플러 상태 구조체를 생성 및 설정합니다.
    D3D11_SAMPLER_DESC samplerDesc;
    samplerDesc.Filter = D3D11_FILTER_MIN_MAG_MIP_LINEAR;
    samplerDesc.AddressU = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
    samplerDesc.AddressV = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
    samplerDesc.AddressW = D3D11_TEXTURE_ADDRESS_WRAP;
    samplerDesc.MipLODBias = 0.0f;
    samplerDesc.MaxAnisotropy = 1;
    samplerDesc.ComparisonFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;
    samplerDesc.BorderColor[0] = 0;
    samplerDesc.BorderColor[1] = 0;
    samplerDesc.BorderColor[2] = 0;
    samplerDesc.BorderColor[3] = 0;
    samplerDesc.MinLOD = 0;
    samplerDesc.MaxLOD = D3D11_FLOAT32_MAX;
 
    // 텍스처 샘플러 상태를 만듭니다.
    result = device->CreateSamplerState(&samplerDesc, &m_sampleState);
    if (FAILED(result))
    {
        return false;
    }
 
    return true;
}
 
 
void LightMapShaderClass::ShutdownShader()
{
    // 샘플러 상태를 해제한다.
    if (m_sampleState)
    {
        m_sampleState->Release();
        m_sampleState = 0;
    }
 
    // 행렬 상수 버퍼를 해제합니다.
    if (m_matrixBuffer)
    {
        m_matrixBuffer->Release();
        m_matrixBuffer = 0;
    }    
 
    // 레이아웃을 해제합니다.
    if (m_layout)
    {
        m_layout->Release();
        m_layout = 0;
    }
 
    // 픽셀 쉐이더를 해제합니다.
    if (m_pixelShader)
    {
        m_pixelShader->Release();
        m_pixelShader = 0;
    }
 
    // 버텍스 쉐이더를 해제합니다.
    if (m_vertexShader)
    {
        m_vertexShader->Release();
        m_vertexShader = 0;
    }
}
 
 
void LightMapShaderClass::OutputShaderErrorMessage(ID3D10Blob* errorMessage, HWND hwnd, WCHAR* shaderFilename)
{
    // 에러 메시지를 출력창에 표시합니다.
    OutputDebugStringA(reinterpret_cast<const char*>(errorMessage->GetBufferPointer()));
 
    // 에러 메세지를 반환합니다.
    errorMessage->Release();
    errorMessage = 0;
 
    // 컴파일 에러가 있음을 팝업 메세지로 알려줍니다.
    MessageBox(hwnd, L"Error compiling shader.", shaderFilename, MB_OK);
}
 
bool LightMapShaderClass::SetShaderParameters(ID3D11DeviceContext* deviceContext, XMMATRIX worldMatrix, XMMATRIX viewMatrix,
    XMMATRIX projectionMatrix, ID3D11ShaderResourceView** textureArray)
{
    // 행렬을 transpose하여 셰이더에서 사용할 수 있게 합니다
    worldMatrix = XMMatrixTranspose(worldMatrix);
    viewMatrix = XMMatrixTranspose(viewMatrix);
    projectionMatrix = XMMatrixTranspose(projectionMatrix);
 
    // 상수 버퍼의 내용을 쓸 수 있도록 잠급니다.
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedResource;
    if (FAILED(deviceContext->Map(m_matrixBuffer, 0, D3D11_MAP_WRITE_DISCARD, 0, &mappedResource)))
    {
        return false;
    }
 
    // 상수 버퍼의 데이터에 대한 포인터를 가져옵니다.
    MatrixBufferType* dataPtr = (MatrixBufferType*)mappedResource.pData;
 
    // 상수 버퍼에 행렬을 복사합니다.
    dataPtr->world = worldMatrix;
    dataPtr->view = viewMatrix;
    dataPtr->projection = projectionMatrix;
 
    // 상수 버퍼의 잠금을 풉니다.
    deviceContext->Unmap(m_matrixBuffer, 0);
 
    // 정점 셰이더에서의 상수 버퍼의 위치를 설정합니다.
    unsigned int bufferNumber = 0;
 
    // 마지막으로 정점 셰이더의 상수 버퍼를 바뀐 값으로 바꿉니다.
    deviceContext->VSSetConstantBuffers(bufferNumber, 1, &m_matrixBuffer);
 
    // Set shader texture array resource in the pixel shader.
    deviceContext->PSSetShaderResources(0, 2, textureArray);
 
    return true;
}
 
 
void LightMapShaderClass::RenderShader(ID3D11DeviceContext* deviceContext, int indexCount)
{
    // 정점 입력 레이아웃을 설정합니다.
    deviceContext->IASetInputLayout(m_layout);
 
    // 삼각형을 그릴 정점 셰이더와 픽셀 셰이더를 설정합니다.
    deviceContext->VSSetShader(m_vertexShader, NULL, 0);
    deviceContext->PSSetShader(m_pixelShader, NULL, 0);
 
    // 픽셀 쉐이더에서 샘플러 상태를 설정합니다.
    deviceContext->PSSetSamplers(0, 1, &m_sampleState);
 
    // 삼각형을 그립니다.
    deviceContext->DrawIndexed(indexCount, 0, 0);
}

Graphicsclass.h

#pragma once
 
/////////////
// GLOBALS //
/////////////
const bool FULL_SCREEN = false;
const bool VSYNC_ENABLED = true;
const float SCREEN_DEPTH = 1000.0f;
const float SCREEN_NEAR = 0.1f;
 
 
class D3DClass;
class CameraClass;
class ModelClass;
class LightMapShaderClass;
 
 
class GraphicsClass
{
public:
    GraphicsClass();
    GraphicsClass(const GraphicsClass&);
    ~GraphicsClass();
 
    bool Initialize(int, int, HWND);
    void Shutdown();
    bool Frame();
    bool Render();
 
private:
    D3DClass* m_Direct3D = nullptr;
    CameraClass* m_Camera = nullptr;
    ModelClass* m_Model = nullptr;
    LightMapShaderClass* m_LightMapShader = nullptr;
};

Graphicsclass.cpp

#include "stdafx.h"
#include "d3dclass.h"
#include "cameraclass.h"
#include "modelclass.h"
#include "LightMapShaderClass.h"
#include "graphicsclass.h"
 
 
GraphicsClass::GraphicsClass()
{
}
 
 
GraphicsClass::GraphicsClass(const GraphicsClass& other)
{
}
 
 
GraphicsClass::~GraphicsClass()
{
}
 
 
bool GraphicsClass::Initialize(int screenWidth, int screenHeight, HWND hwnd)
{
    // Direct3D 객체 생성
    m_Direct3D = new D3DClass;
    if (!m_Direct3D)
    {
        return false;
    }
 
    // Direct3D 객체 초기화
    if (!m_Direct3D->Initialize(screenWidth, screenHeight, VSYNC_ENABLED, hwnd, FULL_SCREEN, SCREEN_DEPTH, SCREEN_NEAR))
    {
        MessageBox(hwnd, L"Could not initialize Direct3D.", L"Error", MB_OK);
        return false;
    }
 
    // m_Camera 객체 생성
    m_Camera = new CameraClass;
    if (!m_Camera)
    {
        return false;
    }
 
    // 카메라 포지션 설정
    XMMATRIX baseViewMatrix;
    m_Camera->SetPosition(0.0f, 0.0f, -1.0f);
    m_Camera->Render();
    m_Camera->GetViewMatrix(baseViewMatrix);
 
    // 모델 객체 생성
    m_Model = new ModelClass;
    if (!m_Model)
    {
        return false;
    }
 
    // 모델 객체 초기화
    if (!m_Model->Initialize(m_Direct3D->GetDevice(), "../Dx11Demo_18/data/square.txt", L"../Dx11Demo_18/data/stone01.dds",
                             L"../Dx11Demo_18/data/light01.dds"))
    {
        MessageBox(hwnd, L"Could not initialize the model object.", L"Error", MB_OK);
        return false;
    }
 
    // 라이트 맵 쉐이더 객체를 만듭니다.
    m_LightMapShader = new LightMapShaderClass;
    if(!m_LightMapShader)
    {
        return false;
    }
 
    // 라이트 맵 셰이더 객체를 초기화합니다.
    if(!m_LightMapShader->Initialize(m_Direct3D->GetDevice(), hwnd))
    {
        MessageBox(hwnd, L"Could not initialize the light map shader object.", L"Error", MB_OK);
        return false;
    }
    
    return true;
}
 
 
void GraphicsClass::Shutdown()
{
    // 라이트 맵 셰이더 객체를 해제합니다.
    if(m_LightMapShader)
    {
        m_LightMapShader->Shutdown();
        delete m_LightMapShader;
        m_LightMapShader = 0;
    }
 
    // 모델 객체 반환
    if (m_Model)
    {
        m_Model->Shutdown();
        delete m_Model;
        m_Model = 0;
    }
 
    // m_Camera 객체 반환
    if (m_Camera)
    {
        delete m_Camera;
        m_Camera = 0;
    }
 
    // Direct3D 객체 반환
    if (m_Direct3D)
    {
        m_Direct3D->Shutdown();
        delete m_Direct3D;
        m_Direct3D = 0;
    }
}
 
 
bool GraphicsClass::Frame()
{
    // 카메라 위치 설정
    m_Camera->SetPosition(0.0f, 0.0f, -3.0f);
 
    return true;
}
 
 
bool GraphicsClass::Render()
{
    // 씬을 그리기 위해 버퍼를 지웁니다
    m_Direct3D->BeginScene(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 
    // 카메라의 위치에 따라 뷰 행렬을 생성합니다
    m_Camera->Render();
 
    // 카메라 및 d3d 객체에서 월드, 뷰 및 투영 행렬을 가져옵니다
    XMMATRIX worldMatrix, viewMatrix, projectionMatrix, orthoMatrix;
    m_Camera->GetViewMatrix(viewMatrix);
    m_Direct3D->GetWorldMatrix(worldMatrix);
    m_Direct3D->GetProjectionMatrix(projectionMatrix);
    m_Direct3D->GetOrthoMatrix(orthoMatrix);
 
 
    // 모델 버텍스와 인덱스 버퍼를 그래픽 파이프 라인에 배치하여 렌더링 합니다.
    m_Model->Render(m_Direct3D->GetDeviceContext());
 
 
    // 라이트 맵 셰이더를 사용하여 모델을 렌더링합니다.
    m_LightMapShader->Render(m_Direct3D->GetDeviceContext(), m_Model->GetIndexCount(), worldMatrix, viewMatrix,
                             projectionMatrix, m_Model->GetTextureArray());
 
    // 버퍼의 내용을 화면에 출력합니다
    m_Direct3D->EndScene();
 
    return true;
}

출력 화면

마치면서

직전 튜토리얼과 거의 달라진 것은 없지만 정말 유용하면서도 괜찮은 성능의 효과를 얻을 수 있었습니다.

연습문제

1. 코드를 다시 컴파일하여 화면에 라이트맵 효과가 적용된 텍스쳐가 보이는지 확인해 보십시오.

2. 여러분만의 라이트맵을 만들어 이를 확인해 보십시오.

3. 픽셀 셰이더에서 마지막 출력값에 2.0이 곱해봅시다. 참고로 이를 이용하여 강하거나 부드러운 광원 효과를 얻을 수 있습니다.

소스코드

소스코드 : Dx11Demo_18.zip