[DirectX11] Tutorial 39 - 파티클 시스템

Tutorial 39 - 파티클 시스템

원문 : http://www.rastertek.com/dx11tut39.html

이 튜토리얼에서는 HLSL 및 C ++을 사용하여 DirectX 11에서 파티클 시스템을 만드는 방법에 대해 설명합니다.

파티클은 대개 쿼드에 배치 된 단일 텍스처를 사용하여 만들어집니다. 그리고 그 쿼드는 눈, 비, 연기, 불, 나뭇잎과 같은 것들을 모방하기 위해 몇 가지 기본 물리를 사용하여 각 프레임의 수백 배로 렌더링됩니다. 일반적으로 작지만 유사한 요소로 많이 구성됩니다. 이 튜토리얼에서는 단일 다이아몬드 텍스처를 사용하여 각 프레임의 수백 배를 렌더링하여 다채로운 다이아몬드 폭포 스타일 효과를 만듭니다. 또한 블렌드를 사용하여 파티클을 함께 블렌드하여 계층화 된 파티클이 누적되어 서로 색상을 추가합니다.

TimerClass를 사용하여 새 파티클을 방출할 시기를 결정합니다. 파티클을 음영 처리하는 데 사용되는 새로운 클래스를 ParticleShaderClass라고 합니다. 마지막으로 새로운 파티클 시스템 자체가 ParticleSystemClass에 캡슐화 됩니다.

프레임워크

Particlesystemclass.h

#pragma once
 
 
class TextureClass;
 
class ParticleSystemClass
{
private:
    struct ParticleType
    {
        float positionX, positionY, positionZ;
        float red, green, blue;
        float velocity;
        bool active;
    };
 
    struct VertexType
    {
        XMFLOAT3 position;
        XMFLOAT2 texture;
        XMFLOAT4 color;
    };
 
public:
    ParticleSystemClass();
    ParticleSystemClass(const ParticleSystemClass&);
    ~ParticleSystemClass();
 
    bool Initialize(ID3D11Device*, const WCHAR*);
    void Shutdown();
    bool Frame(float, ID3D11DeviceContext*);
    void Render(ID3D11DeviceContext*);
 
    ID3D11ShaderResourceView* GetTexture();
    int GetIndexCount();
 
private:
    bool LoadTexture(ID3D11Device*, const WCHAR*);
    void ReleaseTexture();
 
    bool InitializeParticleSystem();
    void ShutdownParticleSystem();
 
    bool InitializeBuffers(ID3D11Device*);
    void ShutdownBuffers();
 
    void EmitParticles(float);
    void UpdateParticles(float);
    void KillParticles();
 
    bool UpdateBuffers(ID3D11DeviceContext*);
    void RenderBuffers(ID3D11DeviceContext*);
 
private:
    float m_particleDeviationX = 0;
    float m_particleDeviationY = 0;
    float m_particleDeviationZ = 0;
    float m_particleVelocity = 0;
    float m_particleVelocityVariation = 0;
    float m_particleSize = 0;
    float m_particlesPerSecond = 0;
    int m_maxParticles = 0;
 
    int m_currentParticleCount = 0;
    float m_accumulatedTime = 0;
 
    TextureClass* m_Texture = nullptr;
    ParticleType* m_particleList = nullptr;
    int m_vertexCount = 0;
    int m_indexCount = 0;
    VertexType* m_vertices = nullptr;
    ID3D11Buffer* m_vertexBuffer = nullptr;
    ID3D11Buffer* m_indexBuffer = nullptr;
};

Particlesystemclass.cpp

#include "stdafx.h"
#include "TextureClass.h"
#include "particlesystemclass.h"
 
 
ParticleSystemClass::ParticleSystemClass()
{
}
 
 
ParticleSystemClass::ParticleSystemClass(const ParticleSystemClass& other)
{
}
 
 
ParticleSystemClass::~ParticleSystemClass()
{
}
 
 
bool ParticleSystemClass::Initialize(ID3D11Device* device, const WCHAR* textureFilename)
{
    // 파티클에 사용되는 텍스처를 로드합니다.
    if(!LoadTexture(device, textureFilename))
    {
        return false;
    }
 
    // 파티클 시스템을 초기화합니다.
    if(!InitializeParticleSystem())
    {
        return false;
    }
 
    // 파티클을 렌더링하는 데 사용할 버퍼를 만듭니다.
    if(!InitializeBuffers(device))
    {
        return false;
    }
 
    return true;
}
 
 
void ParticleSystemClass::Shutdown()
{
    // 버퍼를 해제합니다.
    ShutdownBuffers();
 
    // 파티클 시스템을 해제합니다.
    ShutdownParticleSystem();
 
    // 파티클에 사용된 텍스처를 해제합니다.
    ReleaseTexture();
}
 
 
bool ParticleSystemClass::Frame(float frameTime, ID3D11DeviceContext* deviceContext)
{
    // 오래된 파티클을 해제합니다.
    KillParticles();
 
    // 새 파티클을 방출합니다.
    EmitParticles(frameTime);
    
    // 파티클 위치를 업데이트 합니다.
    UpdateParticles(frameTime);
 
    // 동적 정점 버퍼를 각 파티클의 새 위치로 업데이트합니다.
    return UpdateBuffers(deviceContext);
}
 
 
void ParticleSystemClass::Render(ID3D11DeviceContext* deviceContext)
{
    // 리기를 준비하기 위해 그래픽 파이프 라인에 꼭지점과 인덱스 버퍼를 놓습니다.
    RenderBuffers(deviceContext);
}
 
 
ID3D11ShaderResourceView* ParticleSystemClass::GetTexture()
{
    return m_Texture->GetTexture();
}
 
 
int ParticleSystemClass::GetIndexCount()
{
    return m_indexCount;
}
 
 
bool ParticleSystemClass::LoadTexture(ID3D11Device* device, const WCHAR* filename)
{
    // 텍스처 오브젝트를 생성한다.
    m_Texture = new TextureClass;
    if(!m_Texture)
    {
        return false;
    }
 
    // 텍스처 오브젝트를 초기화한다.
    return m_Texture->Initialize(device, filename);
}
 
 
void ParticleSystemClass::ReleaseTexture()
{
    // 텍스처 오브젝트를 릴리즈한다.
    if(m_Texture)
    {
        m_Texture->Shutdown();
        delete m_Texture;
        m_Texture = 0;
    }
}
 
 
bool ParticleSystemClass::InitializeParticleSystem()
{
    // 방출 될 때 파티클이 위치 할 수 있는 임의의 편차를 설정합니다.
    m_particleDeviationX = 0.5f;
    m_particleDeviationY = 0.1f;
    m_particleDeviationZ = 2.0f;
 
    // 파티클의 속도와 속도 변화를 설정합니다.
    m_particleVelocity = 1.0f;
    m_particleVelocityVariation = 0.2f;
 
    // 파티클의 물리적 크기를 설정합니다.
    m_particleSize = 0.2f;
 
    // 초당 방출 할 파티클 수를 설정합니다.
    m_particlesPerSecond = 250.0f;
 
    // 파티클 시스템에 허용되는 최대 파티클 수를 설정합니다.
    m_maxParticles = 5000;
 
    // 파티클 리스트를 생성합니다.
    m_particleList = new ParticleType[m_maxParticles];
    if(!m_particleList)
    {
        return false;
    }
 
    // 파티클 리스트를 초기화 합니다.
    for(int i=0; i<m_maxParticles; i++)
    {
        m_particleList[i].active = false;
    }
 
    // 아직 배출되지 않으므로 현재 파티클 수를 0으로 초기화합니다.
    m_currentParticleCount = 0;
 
    // 초당 파티클 방출 속도의 초기 누적 시간을 지웁니다.
    m_accumulatedTime = 0.0f;
 
    return true;
}
 
 
void ParticleSystemClass::ShutdownParticleSystem()
{
    // 파티클 목록을 해제합니다.
    if(m_particleList)
    {
        delete [] m_particleList;
        m_particleList = 0;
    }
}
 
 
bool ParticleSystemClass::InitializeBuffers(ID3D11Device* device)
{
    // 정점 배열의 최대 정점 수를 설정합니다.
    m_vertexCount = m_maxParticles * 6;
 
    // 인덱스 배열의 최대 인덱스 수를 설정합니다.
    m_indexCount = m_vertexCount;
 
    // 렌더링 될 입자에 대한 정점 배열을 만듭니다.
    m_vertices = new VertexType[m_vertexCount];
    if(!m_vertices)
    {
        return false;
    }
 
    // 인덱스 배열을 만듭니다.
    unsigned long* indices = new unsigned long[m_indexCount];
    if(!indices)
    {
        return false;
    }
 
    // 처음에는 정점 배열을 0으로 초기화합니다.
    memset(m_vertices, 0, (sizeof(VertexType) * m_vertexCount));
 
    // 인덱스 배열을 초기화합니다.
    for(int i=0; i<m_indexCount; i++)
    {
        indices[i] = i;
    }
 
    // 동적 정점 버퍼의 설명을 설정한다.
    D3D11_BUFFER_DESC vertexBufferDesc;
    vertexBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DYNAMIC;
    vertexBufferDesc.ByteWidth = sizeof(VertexType) * m_vertexCount;
    vertexBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_VERTEX_BUFFER;
    vertexBufferDesc.CPUAccessFlags = D3D11_CPU_ACCESS_WRITE;
    vertexBufferDesc.MiscFlags = 0;
    vertexBufferDesc.StructureByteStride = 0;
 
    // subresource 구조에 정점 데이터에 대한 포인터를 제공합니다.
    D3D11_SUBRESOURCE_DATA vertexData;
    vertexData.pSysMem = m_vertices;
    vertexData.SysMemPitch = 0;
    vertexData.SysMemSlicePitch = 0;
 
    // 이제 마침내 정점 버퍼를 만듭니다.
    if(FAILED(device->CreateBuffer(&vertexBufferDesc, &vertexData, &m_vertexBuffer)))
    {
        return false;
    }
 
    // 정적 인덱스 버퍼의 설명을 설정합니다.
    D3D11_BUFFER_DESC indexBufferDesc;
    indexBufferDesc.Usage = D3D11_USAGE_DEFAULT;
    indexBufferDesc.ByteWidth = sizeof(unsigned long) * m_indexCount;
    indexBufferDesc.BindFlags = D3D11_BIND_INDEX_BUFFER;
    indexBufferDesc.CPUAccessFlags = 0;
    indexBufferDesc.MiscFlags = 0;
    indexBufferDesc.StructureByteStride = 0;
 
    // 하위 리소스 구조에 인덱스 데이터에 대한 포인터를 제공합니다.
    D3D11_SUBRESOURCE_DATA indexData;
    indexData.pSysMem = indices;
    indexData.SysMemPitch = 0;
    indexData.SysMemSlicePitch = 0;
 
    // 인덱스 버퍼를 만듭니다.
    if(FAILED(device->CreateBuffer(&indexBufferDesc, &indexData, &m_indexBuffer)))
    {
        return false;
    }
 
    // 더 이상 필요하지 않으므로 인덱스 배열을 해제합니다.
    delete [] indices;
    indices = 0;
 
    return true;
}
 
 
void ParticleSystemClass::ShutdownBuffers()
{
    // 인덱스 버퍼를 해제합니다.
    if(m_indexBuffer)
    {
        m_indexBuffer->Release();
        m_indexBuffer = 0;
    }
 
    // 버텍스 버퍼를 해제한다.
    if(m_vertexBuffer)
    {
        m_vertexBuffer->Release();
        m_vertexBuffer = 0;
    }
}
 
 
void ParticleSystemClass::EmitParticles(float frameTime)
{
    // 프레임 시간을 증가시킵니다.
    m_accumulatedTime += frameTime;
 
    // 이제 파티클 출력을 false로 설정합니다.
    bool emitParticle = false;
    
    // 새 파티클을 방출할 시간인지 확인합니다.
    if(m_accumulatedTime > (1000.0f / m_particlesPerSecond))
    {
        m_accumulatedTime = 0.0f;
        emitParticle = true;
    }
 
    // 방출 할 파티클이 있으면 프레임 당 하나씩 방출합니다.
    if((emitParticle == true) && (m_currentParticleCount < (m_maxParticles - 1)))
    {
        m_currentParticleCount++;
 
        // 이제 임의 화 된 파티클 속성을 생성합니다.
        float positionX = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) * m_particleDeviationX;
        float positionY = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) * m_particleDeviationY;
        float positionZ = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) * m_particleDeviationZ;
 
        float velocity = m_particleVelocity + (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) * m_particleVelocityVariation;
 
        float red   = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) + 0.5f;
        float green = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) + 0.5f;
        float blue  = (((float)rand()-(float)rand())/RAND_MAX) + 0.5f;
 
        // 이제 블렌딩을 위해 파티클을 뒤에서 앞으로 렌더링해야하므로 파티클 배열을 정렬해야 합니다.
        // Z 깊이를 사용하여 정렬하므로 목록에서 파티클을 삽입해야 하는 위치를 찾아야합니다.
        int index = 0;
        bool found = false;
        while(!found)
        {
            if((m_particleList[index].active == false) || (m_particleList[index].positionZ < positionZ))
            {
                found = true;
            }
            else
            {
                index++;
            }
        }
 
        // 삽입 할 위치를 알았으므로 인덱스에서 한 위치 씩 배열을 복사하여 새 파티클을 위한 공간을 만들어야합니다.
        int i = m_currentParticleCount;
        int j = i - 1;
 
        while(i != index)
        {
            m_particleList[i].positionX = m_particleList[j].positionX;
            m_particleList[i].positionY = m_particleList[j].positionY;
            m_particleList[i].positionZ = m_particleList[j].positionZ;
            m_particleList[i].red       = m_particleList[j].red;
            m_particleList[i].green     = m_particleList[j].green;
            m_particleList[i].blue      = m_particleList[j].blue;
            m_particleList[i].velocity  = m_particleList[j].velocity;
            m_particleList[i].active    = m_particleList[j].active;
            i--;
            j--;
        }
 
        // 이제 정확한 깊이 순서로 파티클 배열에 삽입하십시오.
        m_particleList[index].positionX = positionX;
        m_particleList[index].positionY = positionY;
        m_particleList[index].positionZ = positionZ;
        m_particleList[index].red       = red;
        m_particleList[index].green     = green;
        m_particleList[index].blue      = blue;
        m_particleList[index].velocity  = velocity;
        m_particleList[index].active    = true;
    }
}
 
 
void ParticleSystemClass::UpdateParticles(float frameTime)
{
    // 각 프레임은 위치, 속도 및 프레임 시간을 사용하여 아래쪽으로 이동하여 모든 파티클을 업데이트합니다.
    for(int i=0; i<m_currentParticleCount; i++)
    {
        m_particleList[i].positionY = m_particleList[i].positionY - (m_particleList[i].velocity * frameTime * 0.001f);
    }
}
 
 
void ParticleSystemClass::KillParticles()
{
    // 특정 높이 범위를 벗어난 모든 파티클을 제거합니다.
    for(int i=0; i<m_maxParticles; i++)
    {
        if((m_particleList[i].active == true) && (m_particleList[i].positionY < -3.0f))
        {
            m_particleList[i].active = false;
            m_currentParticleCount--;
 
            // 이제 모든 살아있는 파티클을 배열위로 이동시켜 파괴된 파티클을 지우고 배열을 올바르게 정렬된 상태로 유지합니다.
            for(int j=i; j<m_maxParticles-1; j++)
            {
                m_particleList[j].positionX = m_particleList[j+1].positionX;
                m_particleList[j].positionY = m_particleList[j+1].positionY;
                m_particleList[j].positionZ = m_particleList[j+1].positionZ;
                m_particleList[j].red       = m_particleList[j+1].red;
                m_particleList[j].green     = m_particleList[j+1].green;
                m_particleList[j].blue      = m_particleList[j+1].blue;
                m_particleList[j].velocity  = m_particleList[j+1].velocity;
                m_particleList[j].active    = m_particleList[j+1].active;
            }
        }
    }
}
 
 
bool ParticleSystemClass::UpdateBuffers(ID3D11DeviceContext* deviceContext)
{
    // 처음에는 정점 배열을 0으로 초기화합니다.
    VertexType* verticesPtr;
    memset(m_vertices, 0, (sizeof(VertexType) * m_vertexCount));
 
    // 이제 파티클 목록 배열에서 정점 배열을 만듭니다. 각 파티클은 두 개의 삼각형으로 만들어진 쿼드입니다.
    int index = 0;
 
    for(int i=0; i<m_currentParticleCount; i++)
    {
        // 왼쪽 아래.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX - m_particleSize,
                                              m_particleList[i].positionY - m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(0.0f, 1.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
 
        // 왼쪽 위.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX - m_particleSize,
                                              m_particleList[i].positionY + m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(0.0f, 0.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
 
        // 오른쪽 아래.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX + m_particleSize, 
                                              m_particleList[i].positionY - m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(1.0f, 1.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
 
        // 오른쪽 아래.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX + m_particleSize,
                                              m_particleList[i].positionY - m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(1.0f, 1.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
 
        // 왼쪽 위.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX - m_particleSize,
                                              m_particleList[i].positionY + m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(0.0f, 0.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
 
        // 오른쪽 위.
        m_vertices[index].position = XMFLOAT3(m_particleList[i].positionX + m_particleSize, 
                                              m_particleList[i].positionY + m_particleSize, m_particleList[i].positionZ);
        m_vertices[index].texture = XMFLOAT2(1.0f, 0.0f);
        m_vertices[index].color = XMFLOAT4(m_particleList[i].red, m_particleList[i].green, m_particleList[i].blue, 1.0f);
        index++;
    }
    
    // 정점 버퍼를 잠급니다.
    D3D11_MAPPED_SUBRESOURCE mappedResource;
    if(FAILED(deviceContext->Map(m_vertexBuffer, 0, D3D11_MAP_WRITE_DISCARD, 0, &mappedResource)))
    {
        return false;
    }
 
    // 정점 버퍼의 데이터를 가리키는 포인터를 얻는다.
    verticesPtr = (VertexType*)mappedResource.pData;
 
    // 데이터를 정점 버퍼에 복사합니다.
    memcpy(verticesPtr, (void*)m_vertices, (sizeof(VertexType) * m_vertexCount));
 
    // 정점 버퍼의 잠금을 해제합니다.
    deviceContext->Unmap(m_vertexBuffer, 0);
 
    return true;
}
 
 
void ParticleSystemClass::RenderBuffers(ID3D11DeviceContext* deviceContext)
{
    // 정점 버퍼 보폭 및 오프셋을 설정합니다.
    unsigned int stride = sizeof(VertexType); 
    unsigned int offset = 0;
    
    // 렌더링 할 수 있도록 입력 어셈블러에서 정점 버퍼를 활성으로 설정합니다.
    deviceContext->IASetVertexBuffers(0, 1, &m_vertexBuffer, &stride, &offset);
 
    // 렌더링 할 수 있도록 입력 어셈블러에서 인덱스 버퍼를 활성으로 설정합니다.
    deviceContext->IASetIndexBuffer(m_indexBuffer, DXGI_FORMAT_R32_UINT, 0);
 
    // 이 정점 버퍼에서 렌더링 되어야 하는 프리미티브 유형을 설정합니다.
    deviceContext->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
}

particle_vs.hlsl 및 particle_ps.hlsl 은 파티클을 렌더링하는 데 사용되는 기본적인 텍스쳐 쉐이더 입니다.

particle_vs.hlsl

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Filename: particle_vs.hlsl
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
/////////////
// GLOBALS //
/////////////
cbuffer MatrixBuffer
{
    matrix worldMatrix;
    matrix viewMatrix;
    matrix projectionMatrix;
};
 
 
//////////////
// TYPEDEFS //
//////////////
struct VertexInputType
{
    float4 position : POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
    float4 color : COLOR;
};
 
struct PixelInputType
{
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
    float4 color : COLOR;
};
 
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Vertex Shader
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
PixelInputType ParticleVertexShader(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;
    
    // 픽셀 쉐이더의 입자 색상을 저장합니다. 
    output.color = input.color;
 
    return output;
}

particle_ps.hlsl

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Filename: particle_ps.hlsl
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
 
/////////////
// GLOBALS //
/////////////
Texture2D shaderTexture;
SamplerState SampleType;
 
 
//////////////
// TYPEDEFS //
//////////////
struct PixelInputType
{
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 tex : TEXCOORD0;
    float4 color : COLOR;
};
 
 
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Pixel Shader
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
float4 ParticlePixelShader(PixelInputType input) : SV_TARGET
{
    float4 textureColor;
    float4 finalColor;
 
 
    // 이 텍스처 좌표 위치에서 샘플러를 사용하여 텍스처에서 픽셀 색상을 샘플링합니다.
    textureColor = shaderTexture.Sample(SampleType, input.tex);
 
    // 텍스처 색상과 입자 색상을 결합하여 최종 색상 결과를 얻습니다.
    finalColor = textureColor * input.color;
 
    return finalColor;
}

ParticleShaderClass는 TextureShaderClass가 파티클의 색상 구성 요소를 처리하도록 수정 된 것입니다.

Particleshaderclass.h

#pragma once
 
class ParticleShaderClass : public AlignedAllocationPolicy<16>
{
private:
    struct MatrixBufferType
    {
        XMMATRIX world;
        XMMATRIX view;
        XMMATRIX projection;
    };
 
public:
    ParticleShaderClass();
    ParticleShaderClass(const ParticleShaderClass&);
    ~ParticleShaderClass();
 
    bool Initialize(ID3D11Device*, HWND);
    void Shutdown();
    bool Render(ID3D11DeviceContext*, int, XMMATRIX, XMMATRIX, XMMATRIX, ID3D11ShaderResourceView*);
 
private:
    bool InitializeShader(ID3D11Device*, HWND, const WCHAR*, const WCHAR*);
    void ShutdownShader();
    void OutputShaderErrorMessage(ID3D10Blob*, HWND, const 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;
    ID3D11Buffer* m_matrixBuffer = nullptr;
    ID3D11SamplerState* m_sampleState = nullptr;
};

Particleshaderclass.cpp

#include "stdafx.h"
#include "ParticleShaderClass.h"
 
 
ParticleShaderClass::ParticleShaderClass()
{
}
 
 
ParticleShaderClass::ParticleShaderClass(const ParticleShaderClass& other)
{
}
 
 
ParticleShaderClass::~ParticleShaderClass()
{
}
 
 
bool ParticleShaderClass::Initialize(ID3D11Device* device, HWND hwnd)
{
    // 정점 및 픽셀 쉐이더를 초기화합니다.
    return InitializeShader(device, hwnd, L"../Dx11Demo_39/particle_vs.hlsl", L"../Dx11Demo_39/particle_ps.hlsl");
}
 
 
void ParticleShaderClass::Shutdown()
{
    // 버텍스 및 픽셀 쉐이더와 관련된 객체를 종료합니다.
    ShutdownShader();
}
 
 
bool ParticleShaderClass::Render(ID3D11DeviceContext* deviceContext, int indexCount, XMMATRIX worldMatrix, XMMATRIX viewMatrix, 
                                XMMATRIX projectionMatrix, ID3D11ShaderResourceView* texture)
{
    // 렌더링에 사용할 셰이더 매개 변수를 설정합니다.
    if(!SetShaderParameters(deviceContext, worldMatrix, viewMatrix, projectionMatrix, texture))
    {
        return false;
    }
 
    // 설정된 버퍼를 셰이더로 렌더링한다.
    RenderShader(deviceContext, indexCount);
 
    return true;
}
 
 
bool ParticleShaderClass::InitializeShader(ID3D11Device* device, HWND hwnd, const WCHAR* vsFilename, const WCHAR* psFilename)
{
    ID3D10Blob* errorMessage = nullptr;
 
    // 버텍스 쉐이더 코드를 컴파일한다.
    ID3D10Blob* vertexShaderBuffer = nullptr;
    if(FAILED(D3DCompileFromFile(vsFilename, NULL, NULL, "ParticleVertexShader", "vs_5_0", D3D10_SHADER_ENABLE_STRICTNESS, 0,
                                 &vertexShaderBuffer, &errorMessage)))
    {
        // 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;
    if(FAILED(D3DCompileFromFile(psFilename, NULL, NULL, "ParticlePixelShader", "ps_5_0", D3D10_SHADER_ENABLE_STRICTNESS, 0,
                                 &pixelShaderBuffer, &errorMessage)))
    {
        // 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.
    if(FAILED(device->CreateVertexShader(vertexShaderBuffer->GetBufferPointer(), vertexShaderBuffer->GetBufferSize(), NULL,
                                         &m_vertexShader)))
    {
        return false;
    }
    
 
    // 버퍼에서 픽셀 쉐이더를 생성합니다.
    if(FAILED(device->CreatePixelShader(pixelShaderBuffer->GetBufferPointer(), pixelShaderBuffer->GetBufferSize(), NULL, 
                                        &m_pixelShader)))
    {
        return false;
    }
 
    // 정점 입력 레이아웃 구조체를 설정합니다.
    // 이 설정은 ModelClass와 셰이더의 VertexType 구조와 일치해야합니다.
    D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC polygonLayout[3];
    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;
 
    polygonLayout[2].SemanticName = "COLOR";
    polygonLayout[2].SemanticIndex = 0;
    polygonLayout[2].Format = DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT;
    polygonLayout[2].InputSlot = 0;
    polygonLayout[2].AlignedByteOffset = D3D11_APPEND_ALIGNED_ELEMENT;
    polygonLayout[2].InputSlotClass = D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA;
    polygonLayout[2].InstanceDataStepRate = 0;
 
    // 레이아웃의 요소 수를 가져옵니다.
    unsigned int numElements = sizeof(polygonLayout) / sizeof(polygonLayout[0]);
 
    // 정점 입력 레이아웃을 만듭니다.
    if(FAILED(device->CreateInputLayout(polygonLayout, numElements, vertexShaderBuffer->GetBufferPointer(),
                                        vertexShaderBuffer->GetBufferSize(), &m_layout)))
    {
        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.
    if(FAILED(device->CreateBuffer(&matrixBufferDesc, NULL, &m_matrixBuffer)))
    {
        return false;
    }
 
    // 텍스처 샘플러 상태 설명을 만듭니다.
    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.
    if(FAILED(device->CreateSamplerState(&samplerDesc, &m_sampleState)))
    {
        return false;
    }
 
    return true;
}
 
 
void ParticleShaderClass::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 놓습니다.
    if(m_vertexShader)
    {
        m_vertexShader->Release();
        m_vertexShader = 0;
    }
}
 
 
void ParticleShaderClass::OutputShaderErrorMessage(ID3D10Blob* errorMessage, HWND hwnd, const 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 ParticleShaderClass::SetShaderParameters(ID3D11DeviceContext* deviceContext, XMMATRIX worldMatrix, XMMATRIX viewMatrix, 
                                             XMMATRIX projectionMatrix, ID3D11ShaderResourceView* texture)
{
    // 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 bufferNumber = 0;
 
    // 이제 업데이트 된 값으로 버텍스 쉐이더에서 상수 버퍼를 설정합니다.
    deviceContext->VSSetConstantBuffers(bufferNumber, 1, &m_matrixBuffer);
 
    // 픽셀 셰이더에서 셰이더 텍스처 리소스를 설정합니다.
    deviceContext->PSSetShaderResources(0, 1, &texture);
 
    return true;
}
 
 
void ParticleShaderClass::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 렌더링합니다.
    deviceContext->DrawIndexed(indexCount, 0, 0);
}

D3DClass에서는 Initialize 함수를 변경해야했습니다. 알파 블렌딩 방정식을 수정해야합니다.

D3dclass.cpp

bool D3DClass::Initialize(int screenWidth, int screenHeight, bool vsync, HWND hwnd, bool fullscreen, float screenDepth,
                          float screenNear)
{
    // .....................
 
    // 알파 지원 블렌드 상태 설명을 만듭니다.
    blendStateDescription.RenderTarget[0].BlendEnable = TRUE;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].SrcBlend = D3D11_BLEND_ONE;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].DestBlend = D3D11_BLEND_ONE;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].BlendOp = D3D11_BLEND_OP_ADD;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].SrcBlendAlpha = D3D11_BLEND_ONE;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].DestBlendAlpha = D3D11_BLEND_ZERO;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].BlendOpAlpha = D3D11_BLEND_OP_ADD;
    blendStateDescription.RenderTarget[0].RenderTargetWriteMask = 0x0f;
 
    // .....................
}

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 ParticleShaderClass;
class ParticleSystemClass;
 
class GraphicsClass
{
public:
    GraphicsClass();
    GraphicsClass(const GraphicsClass&);
    ~GraphicsClass();
 
    bool Initialize(int, int, HWND);
    void Shutdown();
    bool Frame(float);
 
private:
    bool Render();
 
private:
    D3DClass* m_Direct3D = nullptr;
    CameraClass* m_Camera = nullptr;
    ParticleShaderClass* m_ParticleShader = nullptr;
    ParticleSystemClass* m_ParticleSystem = nullptr;
};

Graphicsclass.cpp

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#include "stdafx.h" #include "d3dclass.h" #include "cameraclass.h" #include "particleshaderclass.h" #include "particlesystemclass.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     m_Camera->SetPosition(0.0f, -1.5f, -7.0f);          // 파티클 셰이더 개체를 만듭니다.     m_ParticleShader = new ParticleShaderClass;     if(!m_ParticleShader)     {         return false;     }       // 파티클 셰이더 개체를 초기화합니다.     if(!m_ParticleShader->Initialize(m_Direct3D->GetDevice(), hwnd))     {         MessageBox(hwnd, L"Could not initialize the particle shader object.", L"Error", MB_OK);         return false;     }       // 파티클 시스템 객체를 만듭니다.     m_ParticleSystem = new ParticleSystemClass;     if(!m_ParticleSystem)     {         return false;     }       // 파티클 시스템 객체를 초기화합니다.     if(!m_ParticleSystem->Initialize(m_Direct3D->GetDevice(), L"../Dx11Demo_39/data/star.dds"))     {         return false;     }       return true; }     void GraphicsClass::Shutdown() {     // 파티클 시스템 객체를 해제합니다.     if(m_ParticleSystem)     {         m_ParticleSystem->Shutdown();         delete m_ParticleSystem;         m_ParticleSystem = 0;     }       // particle shader 객체를 해제한다.     if(m_ParticleShader)     {         m_ParticleShader->Shutdown();         delete m_ParticleShader;         m_ParticleShader = 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(float frameTime) {     // 파티클 시스템에 대한 프레임 처리를 실행합니다.     m_ParticleSystem->Frame(frameTime, m_Direct3D->GetDeviceContext());       // 그래픽 랜더링 처리     return Render(); }     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;     m_Direct3D->GetWorldMatrix(worldMatrix);     m_Camera->GetViewMatrix(viewMatrix);     m_Direct3D->GetProjectionMatrix(projectionMatrix);       // 알파 블렌딩을 켭니다.     m_Direct3D->EnableAlphaBlending();       // 파티클 시스템 버텍스와 인덱스 버퍼를 그래픽 파이프 라인에 배치하여 그리기를 준비합니다.     m_ParticleSystem->Render(m_Direct3D->GetDeviceContext());       // 텍스처 셰이더를 사용하여 모델을 렌더링합니다.     if(!m_ParticleShader->Render(m_Direct3D->GetDeviceContext(), m_ParticleSystem->GetIndexCount(), worldMatrix, viewMatrix,  projectionMatrix, m_ParticleSystem->GetTexture()))     {         return false;     }       // 알파 블렌딩을 끕니다.     m_Direct3D->DisableAlphaBlending();       // 렌더링 된 장면을 화면에 표시합니다.     m_Direct3D->EndScene();       return true; } Colored by Color Scripter

cs

출력 화면

마치면서

이제는 매우 기본적인 파티클 시스템을 사용하여 이동 변수를 기반으로 파티클을 렌더링 할 수 있습니다. 그러나 유용한 파티클 시스템은 제시된 것보다 더 견고해야합니다.

파티클 시스템을 확장하기 위해 수행해야 할 첫 번째 작업은 완전히 데이터 기반이어야 한다는 것입니다. 파티클 시스템을 정의하는 모든 변수를 텍스트 파일에서 읽어 들이기 시작하면 변경 사항을 보기 위해 매번 다시 컴파일 할 필요가 없습니다. 결국 원하는 최종 결과는 파티클 시스템 속성을 실시간으로 동적으로 변경하는 일종의 슬라이더 바 시스템이어야합니다.

두 번째 변화는 인스턴스를 활용해야 한다는 것입니다. 이 다이렉트 X 11 기능은 각 프레임마다 약간의 위치 / 색상 변경으로 정확히 동일한 지오메트리를 가진 이와 같은 시스템을 위해 특별히 제작되었습니다.

세 번째 변경 사항은 파티클이 광고 게시판에 있어야하고 Z 깊이가 아니라 카메라에서 파티클의 거리를 기준으로 정렬하는 것입니다. 3D 시스템에서 움직이면 파티클은 카메라를 다시 마주 보도록 Y 축을 중심으로 회전해야합니다.

네 번째 변경 사항은 입자 배열을 보다 효율적으로 정렬해야 한다는 것입니다. 사용할 수 있는 여러 종류의 정렬 메커니즘이 있으며, 각각을 테스트 하여 최상의 속도 결과를 제공하는 것이 무엇인지 확인할 수 있습니다. 링크 된 목록과 같은 것을 사용하는 대신이 튜토리얼에서 배열 복사본을 사용했다는 것을 기억하십시오. 이것은 메모리 단편화를 방지하기 위해 수행되었습니다. 그러나 파티클을 위한 메모리 풀을 직접 설계하여 구성한다면 보다 효과적인 처리를 할 수 있습니다.

조사 할 가치가 있는 추가 변경 사항은 gpu의 입자에 대해 물리학의 일부를 수행 할 수 있다는 것입니다. 따라서 파티클 위치를 조작하는 데 사용하는 고급 물리학이 있다면 cpu 대신 gpu에서 구현하여 속도를 향상시킬 수 있는지 확인할 수 있습니다.

연습문제

1. 프로그램을 컴파일하고 실행하면 입자가 떨어지는 효과가 나타납니다.

2. 일부 기본 변수를 변경하여 입자 시스템을 수정합니다.

3. 입자에 사용되는 텍스처를 변경합니다.

4. 각 프레임마다 각 입자의 색상을 무작위로 지정합니다.

5. 빌보드 입자.

6. 입자에 코사인 움직임을 구현하여 하향 나선형 효과를 만듭니다.

7. 인스턴스화 된 파티클 시스템을 구현합니다.

8. 입자에 여러 텍스처를 사용하십시오.

9. 알파 블렌딩을 사용하지 않고 보이게 하려면 알파 블렌딩을 끄십시오.

소스코드

소스코드 : Dx11Demo_39.zip