从零实现3D图像引擎：(1)环境配置与项目框架

0. 要学懂3D程序设计，必然要精通3D相关的线性代数、3D几何、复分析等相关知识，我也因为如此才开始这个博客系列的写作，不自己实现，就不是自己的东西，从今天开始，将会把所学的数学知识，从数学推导到代码实现的心得全部记录于此。最终得到一个独立的3D图像引擎，也就完成了对3D图像知识的基本学习。

1. 文章布局。除了本文，所有文章都将由3部分组成。

1) 数学理论推导。

2) 不参看任何示例，只根据数学原理进行的代码实现。

3) 项目代码下载。

2. 语言与开发环境

1) 语言：C/C++。

3D游戏说白了就俩字：速度。所以对于面向对象这种东西，在速度面前完全可以无视，而且对于数学和图形库来说，本来也没有过多的对象间关系，多是数据结构与函数的关系，所以C++特性我应该不会用很多，有时为了速度还会穿插asm、SIMD和FPU的使用。

2) 开发工具：VS2010。强大到没得说。

3) 图形接口：D3D。(DirectX SDK June 2010，下载地址：http://www.microsoft.com/downloads/en/details.aspx?FamilyID=3021d52b-514e-41d3-ad02-438a3ba730ba)

“给我显存地址，我就能创造一个游戏”。这是从零实现3D图像引擎的目的，也是我认为学会3D编程的必经之路。本来我想使用DirectDraw，完全不使用D3D，而且即便是DirectDraw，也只是用它来获取显存地址，其他API全都不用。但是由于现在DirectX SDK已经都没有ddraw.h了，再使用ddraw是给自己找麻烦，所以我将使用D3D，但只使用其获得表面地址。因此我将完全抛弃硬件加速，但也反而更可以了解硬件加速到底都在做什么。PS:D3D的初始化的能力更强大，在ddraw时，我们还需要重新调整窗口大小，并且每次写入像素时，还要考虑到窗口边框所造成的像素偏移，而在D3D的初始化时都已经做好了。

3. 约定与配置

对于这个图形库，我们有以下几个约定：

1) 支持Unicode

2) 窗口程序，方便调试

3) 屏幕色深32BPP

4) 加载的位图均为24位位图

5) 基于X86系统

需要配置的就只有2个地方：

1) 在VC++ Directories的Include和Lib中加入DirectX SDK相应目录

2) Linker的Input加入d3d9.lib和d3dx9.lib

4. 项目框架

这是我们要在项目中用到的文件：

3DConsole：我们实验的控制台

3DLib：3D相关的函数，也包含了D3D表面的相关控制

Math：数学库

Diagnosis：诊断库，用于生成一些日志

Helper：辅助函数库，比如读写文件等

Math、Diagnosis、Helper今天没有用到，空着而已。

3DConsole，要负责创建窗口、系统消息的循环等一般Win32程序的工作，并在其中适当的位置插入Game_Init()、Game_Main()、Game_Shutdown()方法的调用。这些一看代码便知，这里另外做了一些计时的工作，以将输出锁定到一定的帧数，并且在空闲时也不会总会去做判断而跑满CPU。计时器代码如下：

// 函数定义
DWORD GetClock()
{
	return GetTickCount(); 
}

void StartClock()
{
	g_Clock = GetClock();
}

void WaitClock()
{
	while((GetClock() - g_Clock) < WAIT_TIME)
	{
		Sleep(5);
	}
}

3DLib，本文实现了对D3D的初始化，并实现了绘制一个像素的代码，代码中有注释：

#include "CPPYIN.3DLib.h"

bool _CPPYIN_3DLib::Init3DLib(HINSTANCE hInstance, HWND hWnd, int width, int height)
{
	IDirect3D9* d3d9 = Direct3DCreate9(D3D_SDK_VERSION);

	D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
	d3dpp.BackBufferWidth            = width;
	d3dpp.BackBufferHeight           = height;
	d3dpp.BackBufferFormat           = D3DFMT_A8R8G8B8;
	d3dpp.BackBufferCount            = 1;
	d3dpp.MultiSampleType            = D3DMULTISAMPLE_NONE;
	d3dpp.MultiSampleQuality         = 0;
	d3dpp.SwapEffect                 = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;
	d3dpp.hDeviceWindow              = hWnd;
	d3dpp.Windowed                   = TRUE;
	d3dpp.EnableAutoDepthStencil     = true;
	d3dpp.AutoDepthStencilFormat     = D3DFMT_D24S8;
	d3dpp.Flags                      = 0;
	d3dpp.FullScreen_RefreshRateInHz = D3DPRESENT_RATE_DEFAULT;
	d3dpp.PresentationInterval       = D3DPRESENT_INTERVAL_IMMEDIATE;

	d3d9->CreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_REF, hWnd, D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &pDevice);
	d3d9->Release();

	pDevice->CreateOffscreenPlainSurface(width, height, D3DFMT_A8R8G8B8, D3DPOOL_DEFAULT, &pSurface, 0);
	
	return true;
}

int _CPPYIN_3DLib::DrawPixel(int x,int y, DWORD color)
{
	// 创建并初始化锁定区域
	D3DLOCKED_RECT lr;
	memset(&lr, 0, sizeof(lr));

	// 锁定
	pSurface->LockRect(&lr,NULL,D3DLOCK_DISCARD);

	// 像素着色
	DWORD* pBits = (DWORD*)lr.pBits;
	pBits[x + y * (lr.Pitch >> 2)] = color;

	// 解锁
	pSurface->UnlockRect();

	return 1;
}

void _CPPYIN_3DLib::FlipSurface()
{
	// 获取后台缓存
	IDirect3DSurface9* backBuffer = 0;
	pDevice->GetBackBuffer(0, 0, D3DBACKBUFFER_TYPE_MONO, &backBuffer);

	// 使用自定义表面填充后台缓存
	pDevice->StretchRect(pSurface, 0, backBuffer, 0, D3DTEXF_NONE);

	// GetBackBuffer所得的缓存需要被释放，否则会内存泄露
	backBuffer->Release();

	// 将交换链中的后台缓存显示
	pDevice->Present(0, 0, 0, 0);
}

void _CPPYIN_3DLib::Release3DLib()
{
	pSurface->Release();
	pDevice->Release();
}

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