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第一部分 数学基础3

第1章 向量3

1.1向量的概念3

1.1.1向量的表示3

1.1.2左手坐标系和右手坐标系3

1.2向量的长度及规范化4

1.2.1向量长度4

1.2.2向量的标准化4

1.3向量的加法和减法5

1.4数乘5

1.5点积6

1.6叉积6

1.7齐次坐标7

1.8 XNA向量7

1.8.1 SIMD编程简介8

1.8.2 XNA向量类型8

1.8.3 XNA向量操作9

1.9本章小结12

第2章 矩阵13

2.1矩阵定义13

2.1.1定义13

2.1.2矩阵相等、矩阵加法和矩阵数乘13

2.2矩阵乘法14

2.2.1定义14

2.2.2向量-矩阵乘法14

2.3矩阵的转置15

2.4单位矩阵15

2.5逆矩阵16

2.5.1定义16

2.5.2逆矩阵的用途16

2.6 XNA矩阵17

2.6.1 XNA矩阵类型17

2.6.2 XNA矩阵操作18

2.7本章小结21

第3章 矩阵变换23

3.1基本变换23

3.1.1平移变换23

3.1.2旋转变换24

3.1.3缩放变换26

3.2 XNA矩阵变换函数27

3.3几何变换的组合28

3.4本章小结29

第二部分 Direct3D基础33

第4章 Direct3D 11概述33

4.1 DirectX概述33

4.1.1 DirectX历史及版本33

4.1.2 COM36

4.2 Direct3D 11新特性37

4.3 Direct3D 11与OpenGL 4.0比较38

4.4 Direct3D 11与Direct3D 10渲染管线比较38

4.5着色器概述39

4.6各个管线阶段41

4.7本章小结42

第5章 初始化Direct3D43

5.1一些准备工作43

5.1.1三维空间及其变换43

5.1.2资源47

5.1.3交换链和页面切换52

5.1.4深度缓存52

5.1.5多重采样54

5.2初始化Direct3 D54

5.2.1初始化设备54

5.2.2描述交换链（Swap Chain）55

5.2.3创建设备、交换链以及立即执行上下文57

5.2.4创建并绑定渲染目标视图58

5.2.5创建视口59

5.3本章小结60

第6章 HLSL入门61

6.1 Effect文件62

6.1.1什么是Effect62

6.1.2 Effect文件结构62

6.1.3外部变量和常量缓存64

6.1.4输入输出结构64

6.1.5着色器主函数65

6.1.6 Technique65

6.1.7通道65

6.2高级着色语言66

6.2.1变量67

6.2.2语义75

6.2.3函数声明76

6.3 Effect框架77

6.3.1配置Effect框架77

6.3.2读取Effect文件78

6.3.3创建ID3DEffect对象79

6.3.4 C++程序与Effect的交互80

6.3.5使用Effect进行绘制81

6.4本章小结81

第7章 Direct3D 11中的绘制82

7.1三维图元82

7.2三角形的绘制83

7.2.1三角形的定义83

7.2.2输入布局84

7.2.3编译顶点着色器及创建顶点布局对象85

7.2.4创建顶点缓存86

7.2.5指定图元类型86

7.2.6创建像素着色器87

7.2.7绘制88

7.3基于Effect框架的立方体绘制89

7.3.1顶点缓存的缺陷89

7.3.2索引缓存的概念90

7.3.3着色器代码91

7.3.4绘制立方体92

7.4本章小结93

第8章 颜色94

8.1 Direct3D中的颜色表示94

8.2顶点颜色95

8.3着色处理95

8.4实例程序：Color Cube96

8.5本章小结99

第9章 光照100

9.1光照与材质100

9.1.1光照100

9.1.2材质100

9.1.3光照模型100

9.2顶点法线101

9.3光照类型102

9.3.1环境光102

9.3.2漫射光103

9.3.3镜面光104

9.3.4 Phong光照模型105

9.4光源类型106

9.4.1方向光源106

9.4.2点光源107

9.4.3聚光灯107

9.5光照实例108

9.5.1光源及材质结构定义108

9.5.2平行光的实现110

9.5.3点光源的实现111

9.5.4聚光灯的实现113

9.6本章小结114

第10章 纹理116

10.1纹理坐标116

10.2创建并使用纹理117

10.3纹理过滤器118

10.4纹理采样120

10.5纹理寻址模式121

10.6实例：木箱123

10.7本章小结126

第11章 混合127

11.1开启混合127

11.2混合公式的设置128

11.2.1名词解释128

11.2.2混合因子129

11.2.3混合操作符130

11.3应用颜色混合130

11.4本章小结133

第12章 模板134

12.1建立缓存区134

12.2建立缓存视图135

12.3创建模板描述和模板状态对象136

12.4使用模板缓存137

12.5本章小结139

第三部分 Direct3D应用143

第13章 相机设计143

13.1基本概念143

13.2 Camera设计144

13.3 Camera工作原理146

13.3.1摄像机在初始位置绕Up轴旋转146

13.3.2摄像机在初始位置绕Right轴旋转147

13.3.3摄像机在指定位置旋转148

13.3.4摄像机平移149

13.4 Camera的实现149

13.4.1倾斜、偏航、滚转149

13.4.2移动150

13.4.3整合151

13.5 Camera的使用151

13.6本章小结153

第14章 网格154

14.1 OBJ格式介绍154

14.1.1 OBJ文件154

14.1.2 OBJ关键字154

14.1.3 mtl文件156

14.2 OBJ模型导入158

14.2.1模型文件解析158

14.2.2坐标系转换160

14.2.3绘制160

14.3本章小结162

第15章 粒子系统163

15.1粒子系统的工作原理163

15.1.1模拟阶段164

15.1.2渲染阶段164

15.2粒子系统的设计165

15.2.1粒子的顶点结构165

15.2.2粒子的运动165

15.2.3随机数166

15.2.4混合169

15.3粒子系统的实现169

15.3.1产生/销毁粒子169

15.3.2模拟更新172

15.4本章小结175

第16章 拾取177

16.1拾取流程177

16.2求拾取射线178

16.2.1屏幕坐标变换到投影坐标178

16.2.2投影坐标转换到观察坐标179

16.3射线-物体相交判断181

16.3.1将射线变换到模型空间181

16.3.2射线-三角形相交判断181

16.4本章小结183

第四部分 Direct3D 11渲染管线及高级主题187

第17章 输入装配阶段187

17.1 IA阶段的步骤187

17.1.1创建输入缓存187

17.1.2创建输入布局对象191

17.1.3将输入对象绑定到管线的IA阶段193

17.1.4指定图元拓扑类型194

17.1.5调用绘制方法195

17.2图元拓扑类型196

17.2.1基本图元类型196

17.2.2带邻接信息的图元类型197

17.3不需要输入缓存的IA阶段198

17.3.1实例198

17.3.2 IA阶段系统生成值200

17.4本章小结201

第18章 顶点着色阶段202

18.1顶点着色器的设置步骤202

18.2进行空间变换204

18.2.1局部空间和世界空间204

18.2.2观察空间205

18.2.3投影空间206

18.3例程：人物波动209

18.4例程：顶点光照210

18.5本章小结213

第19章 曲面细分技术214

19.1 Direct3D 11中的曲面细分214

19.2新的渲染阶段215

19.2.1外壳着色器阶段216

19.2.2曲面细分阶段220

19.2.3域着色器阶段221

19.3实例1：简单的曲面细分的例子224

19.4实例2：利用曲面细分实现置换纹理映射228

19.4.1凹凸映射228

19.4.2实例说明231

19.5本章小结236

第20章 几何着色阶段237

20.1几何着色器的设计238

20.2几何着色器的使用240

20.3本章小结241

第21章 流输出阶段和光栅化阶段242

21.1流输出阶段242

21.1.1设置流输出的元素并和几何着色器绑定242

21.1.2设置输出目标243

21.2光栅化阶段244

21.2.1裁剪矩形244

21.2.2光栅化状态245

21.3本章小结246

第22章 绘制阶段247

22.1像素着色阶段247

22.1.1像素着色器的结构247

22.1.2像素着色器的调用248

22.1.3像素着色器的应用248

22.2合并输出阶段250

22.2.1深度/模板测试250

22.2.2颜色混合251

22.2.3深度偏移251

22.3本章小结254

第23章 计算着色器255

23.1计算着色器的介绍255

23.2计算着色器线程和线程组256

23.3计算着色器状态258

23.4实例：分形算法259

23.5本章小结262

附录A Windows编程基础263

A.1语言的选择263

A.2“类”和类264

A.3入口函数264

A.4注册窗口“类”并创建窗口265

A.5显示窗口并处理消息队列266

A.6响应消息266

附录B XNA数学库269

B.1编译指令269

B.2常量269

B.3宏命令270

B.4结构和类型271

B.5函数273

B.5.1颜色函数273

B.5.2转换函数274

B.5.3标量函数274

参考文献276