Introducció

Els vertex shaders són una part fonamental de la pipeline de renderització en Direct3D. Són programes que s'executen per cada vèrtex d'un objecte 3D i permeten transformar i manipular les seves propietats abans de passar-les a la següent etapa de la pipeline. En aquest tema, aprendrem a escriure vertex shaders utilitzant HLSL (High-Level Shading Language).

Objectius

Comprendre la funció dels vertex shaders en la pipeline de renderització.
Aprendre la sintaxi bàsica de HLSL per escriure vertex shaders.
Escriure un vertex shader senzill que transformi vèrtexs.
Integrar el vertex shader en una aplicació DirectX.

Conceptes Clau

Vertex Shader: Un programa que s'executa per cada vèrtex per transformar-lo i manipular les seves propietats.
HLSL: High-Level Shading Language, el llenguatge utilitzat per escriure shaders en DirectX.
Pipeline de Renderització: La seqüència d'etapes per les quals passen els vèrtexs i fragments per ser renderitzats a la pantalla.

Estructura d'un Vertex Shader

Un vertex shader en HLSL té una estructura bàsica que inclou:

Entrades: Les dades d'entrada per al shader, com les posicions dels vèrtexs.
Sortides: Les dades de sortida que es passaran a la següent etapa de la pipeline.
Funció principal: La funció que defineix les operacions a realitzar sobre cada vèrtex.

Exemple Bàsic

A continuació, es mostra un exemple bàsic d'un vertex shader que transforma les posicions dels vèrtexs utilitzant una matriu de transformació:

// Estructura d'entrada
struct VS_INPUT
{
    float4 Pos : POSITION; // Posició del vèrtex
};

// Estructura de sortida
struct VS_OUTPUT
{
    float4 Pos : SV_POSITION; // Posició transformada del vèrtex
};

// Matriu de transformació
cbuffer Transform : register(b0)
{
    matrix WorldViewProj;
};

// Funció principal del vertex shader
VS_OUTPUT main(VS_INPUT input)
{
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = mul(input.Pos, WorldViewProj); // Transformar la posició del vèrtex
    return output;
}

Explicació del Codi

Estructura d'entrada (VS_INPUT): Defineix les dades d'entrada per al shader. En aquest cas, només inclou la posició del vèrtex.
Estructura de sortida (VS_OUTPUT): Defineix les dades de sortida del shader. Inclou la posició transformada del vèrtex.
Matriu de transformació (cbuffer Transform): Una matriu que s'utilitza per transformar les posicions dels vèrtexs. Es declara com un constant buffer.
Funció principal (main): La funció que s'executa per cada vèrtex. Transforma la posició del vèrtex utilitzant la matriu de transformació i retorna la posició transformada.

Integració en una Aplicació DirectX

Per utilitzar el vertex shader en una aplicació DirectX, hem de compilar el shader i configurar la pipeline de renderització per utilitzar-lo.

Compilar el Shader

Utilitzem la funció D3DCompileFromFile per compilar el shader des d'un fitxer:

ID3DBlob* vertexShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* errorBlob = nullptr;

HRESULT hr = D3DCompileFromFile(
    L"VertexShader.hlsl", // Nom del fitxer del shader
    nullptr,              // Definicions de macros
    nullptr,              // Incloure fitxers
    "main",               // Nom de la funció principal
    "vs_5_0",             // Perfil del shader
    0,                    // Flags de compilació
    0,                    // Flags d'efectes
    &vertexShaderBlob,    // Blob del shader compilat
    &errorBlob            // Blob d'errors
);

if (FAILED(hr))
{
    if (errorBlob)
    {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    if (vertexShaderBlob)
    {
        vertexShaderBlob->Release();
    }
    return hr;
}

Crear el Vertex Shader

Un cop compilat el shader, creem el vertex shader object:

ID3D11VertexShader* vertexShader = nullptr;
hr = device->CreateVertexShader(
    vertexShaderBlob->GetBufferPointer(),
    vertexShaderBlob->GetBufferSize(),
    nullptr,
    &vertexShader
);

if (FAILED(hr))
{
    vertexShaderBlob->Release();
    return hr;
}

Configurar la Pipeline

Finalment, configurem la pipeline de renderització per utilitzar el vertex shader:

context->VSSetShader(vertexShader, nullptr, 0);

Exercici Pràctic

Exercici

Escriu un vertex shader que, a més de transformar la posició dels vèrtexs, també passi el color del vèrtex a la següent etapa de la pipeline.

Solució

// Estructura d'entrada
struct VS_INPUT
{
    float4 Pos : POSITION; // Posició del vèrtex
    float4 Color : COLOR;  // Color del vèrtex
};

// Estructura de sortida
struct VS_OUTPUT
{
    float4 Pos : SV_POSITION; // Posició transformada del vèrtex
    float4 Color : COLOR;     // Color del vèrtex
};

// Matriu de transformació
cbuffer Transform : register(b0)
{
    matrix WorldViewProj;
};

// Funció principal del vertex shader
VS_OUTPUT main(VS_INPUT input)
{
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = mul(input.Pos, WorldViewProj); // Transformar la posició del vèrtex
    output.Color = input.Color;                 // Passar el color del vèrtex
    return output;
}

Conclusió

En aquest tema, hem après a escriure un vertex shader bàsic utilitzant HLSL. Hem vist com transformar les posicions dels vèrtexs i com integrar el shader en una aplicació DirectX. Els vertex shaders són una eina poderosa per manipular vèrtexs i crear efectes visuals avançats. En els següents temes, explorarem altres tipus de shaders i tècniques avançades de renderització.

Escriure Vertex Shaders

Introducció

Objectius

Conceptes Clau

Estructura d'un Vertex Shader

Exemple Bàsic

Explicació del Codi

Integració en una Aplicació DirectX

Compilar el Shader

Crear el Vertex Shader

Configurar la Pipeline

Exercici Pràctic

Exercici

Solució

Conclusió

Curs de Programació DirectX

Mòdul 1: Introducció a DirectX

Mòdul 2: Conceptes Bàsics de Direct3D

Mòdul 3: Treballar amb Shaders

Mòdul 4: Tècniques Avançades de Renderització

Mòdul 5: Models 3D i Animació

Mòdul 6: Optimització del Rendiment

Mòdul 7: Temes Avançats

Mòdul 8: DirectX en la Pràctica