3D-Spieleprogrammierung mit DirectX 9 und C++

Transkript

1 3D-Spieleprogrammierung mit DirectX 9 und C++ David Scherfgen ISBN Inhaltsverzeichnis Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

2 Inhalt 1 Einleitung Ein paar Dinge im Voraus Was Sie erwartet Was Sie nicht erwartet Voraussetzungen Die Schriftformate in diesem Buch Was tun bei Problemen? Zu DirectX 9.0 und DirectX 9.0c Die ungarische Notation Einführung in die Spieleprogrammierung Der kleine Unterschied Was macht ein Spiel eigentlich? Eingliederung in die Windows-Architektur Das Problem mit der Zeit Die verschiedenen Seiten eines Spiels Rückblick DirectX und C Was ist DirectX? Die perfekte Kombination mit C Das COM Grundlage von DirectX Rückblick Wir bauen uns eine eigene Engine! Was versteht man unter einer Engine? Verschiedene Entwicklungsansätze Konkrete Planung Installation der Engine und Einrichten eines Projekts...25

3 VI Inhalt Vorgabefunktionen, Klassen und Makros Rückblick Übungsaufgaben Tipps zum Debuggen Ausblick D-Grafik Was Sie in diesem Kapitel erwartet Einführung in die 3D-Grafik Ein neues Koordinatensystem Theorie der 3D-Grafik Vektoren Matrizen Ebenen Das RGB-Farbsystem Rückblick Übungsaufgaben Direct3D-Grundlagen Was ist Direct3D? Die Transformationspipeline Der Rasterizer Die wichtigsten Schnittstellen Ressourcen Oberflächen Direct3D im C++-Programm ansprechen Rückblick Initialisierung von Direct3D Erstellen der IDirect3D9-Schnittstelle Adapterinformationen Caps die Fähigkeiten eines Geräts Erstellen des Fensters Erstellen der IDirect3DDevice9-Schnittstelle Direct3D herunterfahren Beispielprogramm: eine komplette Direct3D-Anwendung Rückblick Übungsaufgaben Das erste Dreieck Vertizes Erste Render-States Setup der Transformationspipeline Der Zeichenvorgang Rückblick Übungsaufgaben Texturen Was Texturen sind Grundlegende Dinge Der bilineare Filter...151

4 Inhalt VII MIP-Mapping schnell und schön Weitere Spielereien Texturen mit D3DX laden Texturinformationen abfragen Das Beispielprogramm Kachelfähige Texturen erzeugen Rückblick Übungsaufgaben Vertex- und Index-Buffer Zweck von Vertex- und Index-Buffern Der Vertex-Buffer im Detail Der Index-Buffer im Detail Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Nebel Die Theorie Nebel mit Direct3D Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Beleuchtung Ein einfaches Beleuchtungssystem Die Praxis Beleuchtung mit Direct3D Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Alpha-Blending Die Theorie Alpha-Blending mit Direct3D Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Multi-Texturing Der theoretische Teil Multi-Texturing anwenden Mehr über Texturkoordinaten Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Exotische Texturformen Volumentexturen Umgebungstexturen Bump-Mapping Rückblick Übungsaufgaben...244

5 VIII Inhalt 2.13 Der Stencil-Buffer Was war das noch gleich? Die Details Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben D3DX-Effekte Probleme beim Verwalten von Modellen Effekte Laden eines Effekts Mit Effekten rendern Variablen von außen setzen und abfragen Das Beispielprogramm Rückblick Übungsaufgaben Transformierte Vertizes für 2D-Grafik Wozu denn noch 2D? Die Transformation umgehen Ein anderes Vertexformat DirectDraw imitieren Eine andere Methode für 2D-Grafik Rückblick Übungsaufgaben In Texturen rendern Schritt 1: Erstellen einer Textur und eines Z-Buffers Schritt 2: Das neue Render-Target setzen Schritt 3: Rendern! Einfacher mit D3DX Wozu braucht man das? Ausblick D-Grafik mit der TriBase-Engine Was Sie in diesem Kapitel erwartet Direct3D mit der TriBase-Engine Was uns das Leben leichter machen kann Die Klasse tbdirect3d Der Texturmanager tbtexturemanager tbvertexbuffer und tbindexbuffer Die Effektklasse tbeffect Ein allumfassendes Beispielprogramm Rückblick Ausblick Modelldateien Die Vorarbeit Der Konverter Eine Modellklasse Das Beispielprogramm...345

6 Inhalt IX Rückblick Texte zeichnen Speicherung der Zeichen Das Format der Textur Transformierte Vertizes für Texte Der Weg von TrueType zur Bitmap-Font Inhalt der TBF-Dateien Programmierung einer Schriftartklasse Das Beispielprogramm Rückblick Ausblick Eingabe Was uns in diesem Kapitel erwartet DirectInput kurz vorgestellt Was kann DirectInput besser als Windows? Geräte und Geräteklassen GUIDs Achsen und Knöpfe Die Funktionsweise von DirectInput Ein paar Worte zum Debuggen Der Startschuss fällt Erstellen des IDirectInput8-Objekts Eingabegeräte abzählen Rückblick Initialisierung eines Geräts und Datenabfrage Keine Angst vor CreateDevice! Vorbereitungen treffen Auf verlorene Eingabe achten! Hinterlassen Sie Ihren Platz Einmal Daten, bitte! Rückblick Die Tastatur Das Datenformat der Tastatur Tastencodes Das Beispielprogramm Begrenzungen der Tastatur Rückblick Die Maus Das Datenformat der Maus Relative Achsen Die Mausknöpfe Der exklusive Modus Das Beispielprogramm Rückblick Der Joystick Achsen, Knöpfe, POVs und Schieberegler...384

7 X Inhalt Das Joystick-Datenformat Das Beispielprogramm Rückblick Objekte abzählen und kalibrieren Objekte abzählen Eigenschaften festlegen Achsenmodus Achsenskalierung Die tote Zone Sättigung Das Beispielprogramm Gepufferte Daten und direkte Daten Rückblick Übungsaufgaben Eine Eingabeklasse für die Engine Probleme mit DirectInput Das Prinzip der analogen Knöpfe Die tbdirectinput-klasse Das Beispielprogramm Rückblick Ausblick Sound und Musik DirectSound kurz vorgestellt Was kann DirectSound besser als Windows? Soundpuffer und Mixer Die Schnittstellen Initialisierung von DirectSound Formale Dinge Abzählen der DirectSound-Geräte Erstellung der IDirectSound8-Schnittstelle Die Kooperationsebene wählen Rückblick Erstellen von Soundpuffern Eigenschaften der Soundpuffer Das Format eines Soundpuffers Anfordern der IDirectSoundBuffer8-Schnittstelle Der primäre Soundpuffer Rückblick Füllen eines sekundären Soundpuffers Eine kleine Einführung in die Akustik Wir sperren den Soundpuffer Entsperren Hinein mit den Daten! Rückblick Kontrolle eines Sounds Die Play-Methode...438

8 Inhalt XI Festlegen der Lautstärke Festlegen der Balance Festlegen der Abspielfrequenz Das Beispielprogramm Rückblick WAV-Dateien laden Der RIFF-Header Die WAV-Chunks Die Funktion LoadWAVFile D-Sound Theorie des 3D-Sounds Die IDirectSound3DBuffer8-Schnittstelle Die IDirectSound3DListener8-Schnittstelle Das Beispielprogramm Rückblick Echtzeiteffekte Effekte vorberechnet und in Echtzeit Verschiedene Effektschnittstellen Vorwarnung erforderlich! Effekte mit SetFX anfordern Die Effektschnittstelle abfragen Effektparameter am Beispiel des Echos Experimentieren ist angesagt! Rückblick Ergänzende Informationen Die verschiedenen Schnittstellen Klonen von Sounds Status eines Soundpuffers Die Klasse tbdirectsound Erweiterung des Konfigurationsdialogs Was tbdirectsound können soll Die Klassendefinition Die Initialisierungsmethode Init Der Umgang mit dem Hörer Die tbsound-klasse Fähigkeiten der Klasse Das Prinzip der Soundpufferliste Die Klassendefinition Laden des Sounds Die Exit-Methode Die SetPosition-Methode Einen Sound abspielen Abspielen des nächsten Soundpuffers Die restlichen Methoden Musik ins Spiel bringen Was unterscheidet Musik von Soundeffekten? DirectShow-Grundlagen...473

9 XII Inhalt Kontrolle über den Filtergraphen Die Klasse tbmusic Das Beispielprogramm Ausblick Theorie der Spieleprogrammierung Was Sie in diesem Kapitel erwartet Warum Planung wichtig ist Am Anfang steht die Idee Inspiration Auf Ideen vorbereitet sein Aussortieren Storydesign Entwicklung eines Ablaufschemas Suche nach Teammitgliedern Vermitteln des Spiels und gemeinsame Analyse Die Absichten klarmachen Machbarkeitsanalyse Tipps Ausarbeitung der Details Einteilung in Module Level-Design und Atmosphäre Abenteuer-, Action- und Rollenspiele Puzzlespiele Simulatoren Wann eine Aufgabe zu schwer ist Tipps für das Level-Design Allgemeine Tipps für eine bessere Spielatmosphäre Tipps zum Programmieren Planung und Standard Implementierung neuer Features Die Liebe zum Detail Testen Ihres Spiels Testen während des Entwicklungsprozesses Testen des fertigen Spiels Ausblick Das erste Spiel Was Sie in diesem Kapitel erwartet Planung Das Spielprinzip und der Name des Spiels Die Darstellung Die Spielzustände Das Spielgerüst Die Grundklasse CBreakanoid Variablen Methoden...506

10 Inhalt XIII Die WinMain-Funktion für Breakanoid Das Titelbild Planung des Titelbilds Die Schriftarten Initialisieren, Laden und Entladen des Titelbilds Rendern des Titelbilds Bewegung des Titelbilds Das Hauptmenü Planung des Hauptmenüs Laden, Entladen, Betreten und Verlassen Rendern Bewegen des Hauptmenüs Sound für das Hauptmenü! Das Spiel Planung des Spiels Schritt 1: die CGame-Klasse Schritt 2: Anzeigen des Levelmodells Schritt 3: Her mit dem Schläger! Schritt 4: Ein Levelsystem Schritt 5: Bälle hinzufügen Schritt 6: Die Blöcke Schritt 7: Versuche Schritt 8: Punkte Schritt 9: Sound für das Spiel Schritt 10: Hier spielt die Musik! Minimieren im Vollbildmodus Das Problem Die Lösung Motion-Blurring Erweiterungsvorschläge Ausblick Das zweite Spiel Was Sie in diesem Kapitel erwartet Planung Das Spielprinzip und der Name des Spiels Die Spielzustände Die Schiffe Die Waffensysteme Speicherung der Informationen Die Schiffssysteme Schiffs- und Waffentypen Die Struktur SShipType Die Struktur SWeaponType Laden aus der INI-Datei Die Klasse tbobject Unser bisheriger Ansatz...563

11 XIV Inhalt Das neue Prinzip Position und Skalierung Ein Fall für die Matrix! Relativ zu absolut und zurück Die Physik kommt hinzu Implementierung von tbobject Der Umgang mit Schiffen Die CShip-Klasse Integrierung in CGame Bewegen der Schiffe Kontrolle eines Schiffs Rendern der Schiffe Aufschalten von Zielen Alle Waffen abfeuern! Die CProjectile-Klasse Feuern Bewegen Rendern Sprites Was sind Sprites? Missbrauch der Kameraachsen Die TriBase-Sprite-Engine Zurück zum Spiel: Rendern der Laser Kollisionserkennung Rückblick: Umgebungskugel und Umgebungsquader Das Prinzip der Kollisionserkennung Kugel Kugel Linie Kugel Linie Dreieck Dreieck Dreieck Linie Quader Quader Quader Wie wir mit Modellen umgehen Vorberechnungen Linien und Modelle Kollision zwischen zwei Modellen Hardcore-Kollisionserkennung Volltreffer! Zusammenstoß zweier Schiffe Auto-Aiming Definition Der mathematische Hintergrund Die neue CShip::Fire-Methode Künstliche Intelligenz Das Verhalten eines Schiffs Schritt 1: Kurs auf das Ziel nehmen Schritt 2: Feuern...659

12 Inhalt XV Schritt 3: Ausweichmanöver bei Treffer Schritt 4: Ausweichmanöver bei drohender Kollision Schritt 5: Wechseln des Ziels Partikel Was Partikel sind Das Partikelsystem der TriBase-Engine Antriebs- und Raketenflammen Explosionen Aufleuchten des Schutzschilds Trümmer Weitere optische Verfeinerungen Sky-Box, Licht und Nebel Ein Sternenfeld Glühen von Projektilen Die Kamera Das Cockpit Das Cockpitmodell Die Anzeigen Das HUD Radar Der Sound Schüsse Antriebssounds Der Hörer Die Benutzeroberfläche Die TriBase-Benutzeroberfläche Erstellung des Hauptmenüs Optimierungen und der Feinschliff Sichtbarkeit eines Objekts Render-Modell und Kollisionsmodell Musik Wackelndes Cockpit Screenshots schießen Erweiterungsvorschläge Ausblick Fortgeschrittene Techniken Was Sie in diesem Kapitel erwartet Schatten mit dem Stencil-Buffer Schatten in der 3D-Grafik Ansätze Das Prinzip Die Klasse tbshadowvolume Das Beispielprogramm Videos abspielen Zielsetzung Schreiben eines eigenen Filters...733

13 XVI Inhalt Verwenden des Filters Der Back-Buffer-Mechanismus Videos in den Speicher laden Stereo-3D-Grafik Das räumliche Sehen Trennen der Bilder Implementierung Beispielprogramme Raumaufteilung Rekursives Rendern PVS und Portale Light-Mapping Die TriBase-Klasse tboctree Terrain-Rendering Repräsentierung eines Terrains Unterteilung des Terrains Erzeugen der Dreiecke Terrain-Rückruffunktion Geo-MIP-Mapping Texturierung Beleuchtung Das TriBase-Tool TerrainEditor Die Welt der Shader Was ein Shader ist Einsatzgebiete Die fixe und die programmierbare Rendering-Pipeline Ein einfacher Vertex-Shader Ein einfacher Pixel-Shader Praktischer Einsatz von Shadern Weiterführende Quellen und Referenz Charakteranimation Das Grundprinzip Skinning in Hardware Skinning mit D3DX Weitere Informationen PlugIns schreiben und laden DLL-Dateien explizit laden Adresse einer Funktion abfragen DLL-Dateien erzeugen Die Kommunikation zwischen Anwendung und PlugIn Das Beispielprogramm Arbeiten mit Threads Prozesse im Betriebssystem Was ist ein Thread? Die Thread-Funktion Erzeugen eines Threads Verwaltungsfunktionen...788

14 Inhalt XVII Thread-Synchronisierung Zusammenfassung Eine einfache Skriptsprache Einsatzgebiet von Skriptsprachen Ein Skript als Liste von Befehlen Verwendung von Funktionszeigern Übergabe von Parametern Einen Thread verwenden Die Klasse CScript Das Beispielprogramm Fortgeschrittene Skriptsprachen Interpolationen Nachteil linearer Interpolationen Hermite-Interpolation mit Tangenten In zwei Richtungen die bilineare Interpolation Abstrakte Spiel- und Spielzustandsklassen Die Spielzustandsklasse Die Spielklasse Die Anwendung Fixed-Step-Spiellogik Die Problematik Ein Lösungsansatz Online-Highscores und Versionskontrolle Die Möglichkeiten Die Realisierung Internetseiten in einem C++-Programm abrufen Ausblick FAQ, Internetseiten und CD-ROM FAQ Interessante Internetseiten Die Programme auf der Begleit-CD-ROM Dografe AC3D v5.021 Demo MilkShape 3D v1.76 Demo POV-Ray v Sound Forge 7 Demo Terragen Texture Maker v2.81 Demo Visual Assist X Demo D-Game-Framework Das Ende Index