Astuces DotNet (Sébastien Courtois)

28/01/2012

[Kinect SDK] Presentation de Kinect SDK

Filed under: C#, C++, Débutant, Jeux vidéos, Kinect — Étiquettes : , , , , , , , — sebastiencourtois @ 08:44

Cet article est le premier d’une série d’articles sur le SDK de Kinect qui sort le 1er février. Ce SDK pour PC permet de dialoguer avec Kinect en .NET ainsi qu’en C++.

Au travers de cette série d’articles, vous apprendrez à récupérer les informations que fournissent les différents capteurs Kinect. Ce post d’introduction va présenter les différentes possibilités du SDK.

 

1. Kinect : Le Matériel

kinect-hardware

Kinect est composé de :

* une camera video RGB : Il s’agit d’une caméra couleur d’une résolution 640×480 (30 images/seconde) ou 1280×960 (15 images/seconde).

* une caméra de profondeur : Il s’agit d’un laser infrarouge (capteur de gauche) qui balaie la pièce de rayon infrarouge. Ces rayons sont visualisés par un capteur infrarouge (capteur de droite). La sensibilité de ce capteur s’ajuste automatiquement en fonction des conditions de la pièce (luminosité, obstacles…) Ce capteur de profondeur a une résolution de 320×240 ou 80×60 (30 images par secondes).

* 4 microphones chargés d’enregistrer le son et de réaliser des opérations de traitements du signal afin de supprimer les parasites (bruits extérieurs, éclos…). Ce système de microphone réparti sur l’ensemble du capteur permet de détecter la direction du son et ainsi reconnaitre le joueur qui a parlé.

* Un moteur pour incliner verticalement Kinect. Kinect peut aller de –27 degrés à + 27 degrés d’inclinaison. Cela permet au développeur d’adapter la vue si elle n’est pas adéquate. (Par exemple, si on voit le corps d’une personne, mais pas sa tête, le développeur peut incliner Kinect vers le haut afin d’avoir le corps en entier.)

 

2. Le SDK et la partie logicielle de Kinect

Le SDK Kinect est disponible sur le site : Kinect For Windows.

En plus des fonctions de bases de Kinect, le SDK embarque aussi :

* Le tracking de personnes (Skeleton Tracking) : Kinect peut indiquer si elle reconnait une personne et permet de tracker 20 points du corps en temps réel.

* En plus de la récupération d’un son sans parasites, le SDK fournit des aides pour la reconnaissance de la parole basée sur l’API Windows Speech (aussi utilise dans Windows Vista et 7 pour la reconnaissance de la parole).

kinect-voicelocator

Kinect Voice Locator : Un des samples du SDK

3. Les caractéristiques techniques et limitations de Kinect

Pour la caméra vidéo, Kinect fournit des images de 640×480 (30 images/seconde) ou 1280×960 (15images/seconde). Chaque pixel est codé en BGR sur 32 bits.

Pour le capteur de profondeur, Kinect fournit des images en 320×240 (30 images/seconde). Les données du capteur de profondeur sont codées sur 13 bits. Elle représente une distance en millimètre allant de 800 mm à 4000 mm. Lorsque le tracking des personnes est actif, les données de reconnaissance des personnes sont fusionnées avec les données de profondeur. Au final, chaque pixel correspond à 16 bits (13 pour la profondeur et 3 pour l’identification d’une personne). Il est possible de tracker 2 personnes en temps réel + 4 autres personnes « passives » (les personnes sont détectes, mais il n’y a pas de tracking de leur squelette).

L’une des difficultés est que les images venant de la caméra vidéo et du capteur de profondeur ne sont pas synchronisées par le SDK. Si le développeur souhaite faire du traitement d’images en utilisant les deux capteurs, il devra réaliser lui même la synchronisation. Cela peut s’avérer difficile, car les framerates entre les capteurs peuvent être différents et ne sont pas toujours constants.

Le moteur d’inclinaison de Kinect possède aussi ses limitations. En dehors de sa plage de valeurs (allant de –27 dégrées a +27 dégrées d’inclinaison verticale), il n’est pas possible d’envoyer des ordres a Kinect plus d’une fois par secondes ou plus de quinze fois toutes les 20 secondes. Cela est du a des limitations matériel, car le moteur n’est pas conçu pour bouger constamment. De plus, le fait de bouger la caméra prend du temps et peut perturber les capteurs Kinect.

La reconnaissance de la parole est entièrement basée sur des grammaires que le développeur doit fournir. Les grammaires correspondantes aux mots à reconnaitre. Cela peut être défini dans un fichier XML ou directement dans le code.

 

4. Conclusion

Nous avons fait un petit tour du propriétaire du composant Kinect et de ses possibilités. Dans les prochains articles Kinect, nous verrons comment récupérer les différentes informations (flux vidéo & profondeur, détections et tracking de joueurs…) et comment les utiliser (traitement d’images, dessin des squelettes…).

26/11/2010

[DirectX 10/11] Tutoriel 2 : Création d’un device Direct3D

Filed under: 3D, C++, Débutant, DirectX, Intermediaire — Étiquettes : , , , , , — sebastiencourtois @ 17:26

Après un premier article d’introduction à DirectX, nous allons maintenant voir comment créer un device Direct3D (accès à la carte graphique). L’idée générale de cette série d’article est de réaliser un moteur de jeu gérant à la fois DirectX 10 et 11 afin de voir les évolutions des deux technologies.

  • Architecture générale du moteur

Avant de rentrer dans le vif du sujet, nous allons parler un peu architecture. Afin de simplifier la gestion des différentes versions de DirectX, nous allons créer une classe pour gérer chacune des versions de DirectX. Ces classes hériteront d’une super classe indiquant les méthodes obligatoires pour un gestionnaire.

dxt2-archi1

Les trois méthodes de DxManager sont :

  • Init(HWND* hWnd) : Initialisation du gestionnaire DirectX. Cette méthode va créer l’ensemble des ressources nécessaire pour l’utilisation de DirectX. Cette méthode ne sera appelé qu’une seule fois lors du lancement du programme. Il est nécessaire de lui fournir le handle de la fenêtre afin que DirectX puisse savoir où il doit afficher le rendu. Cette méthode renvoie ‘false’ en cas de problème lors de l’initialisation.
  • Render() : Méthode de rendu. Cette méthode sera appelée à chaque fois que l’on souhaite dessiner quelque chose à l’écran.
  • Error(LPCST msg) : Gestion des erreurs. Affichage de messages d’erreurs (MessageBox).

C’est le WinMain de l’application qui sera chargé de créer le gestionnaire directX approprié.

//DirectX 10/11 Manager
DXManager *dxManager;
//Activation/Désactivation de DirectX 11
bool DirectX11Enabled = true;

//Point d'entrée du programme
int APIENTRY WinMain( HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow )
{
    //Initialisation d'une fenêtre
    if(!InitWindow(hInstance,nCmdShow)) return 0;

    if(DirectX11Enabled)
        dxManager = new DX11Manager();
    else
        dxManager = new DX10Manager();

    if(!dxManager->Init(&hWnd)) return -1;

    // Boucle 
    MSG msg = {0};
    while (WM_QUIT != msg.message)
    {
        while (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE) == TRUE)
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);            
        }    
        dxManager->Render();
    }
    return (int) msg.wParam;
}

  • Informations générales sur l’initialisation Direct3D

Dans ce tutorial, nous allons principalement parler de l’initialisation de Direct3D. Celle-ci se passe en 5 étapes :

  1. Création de la SwapChain
  2. Création du Device
  3. Récupération du Backbuffer
  4. Création du RenderTarget
  5. Création du ViewPort

L’étape la plus importante est la création du Device (Etape 2). Le Device est l’accès à la carte graphique. C’est à travers cet objet que nous allons pouvoir fournir les informations 3D que la carte graphique devra afficher.

Une autre notion importante est la notion de FrontBuffer et de BackBuffer. La carte graphique contient une zone mémoire où se trouve les données pour les pixels affichés à l’écran (FrontBuffer). Si l’on modifie l’un de ces pixels directement dans le FrontBuffer, le résultat sera instantanément affiché à l’écran. Le problème est que, si la chose que l’on souhaite dessiner à l’écran prend un peu trop de temps, on verra les morceaux du dessins apparaitre petit à petit ce qui peut être désagréable.Pour éviter ce problème, on utilise une deuxième zone mémoire nommé ‘BackBuffer’ qui permet de réaliser le dessin complet puis, une fois fini, d’envoyer l’ensemble des données dans le FrontBuffer pour affichage. Pour résumer, un buffer pour dessiner et un buffer pour afficher. Ce processus “d’échange” de buffer est réalisé par un élément de DirectX nommé SwapChain (Swap = échange en anglais).

IC412615

Fonctionnement de la SwapChain (tiré de MSDN). Comme vous pouvez le voir, il est possible d’avoir plusieurs BackBuffer.

Le RenderTarget défini l’endroit où l’on souhaite dessiner les données envoyés à la carte graphique. Dans notre cas, on souhaite dessiner sur le BackBuffer. Le renderTarget sera donc lié à notre BackBuffer.

Le Viewport défini la zone de l’écran sur laquelle on souhaite dessiner les pixels. On utilisera généralement l’ensemble de la fenêtre. Mais, dans certains cas, on peut souhaite afficher des choses différentes selon les parties de la fenêtre.

super_mario_kart-155809-1

Exemple d’utilisation de multiple Viewports avec un Viewport par joueur (Mario Kart SNES).

  • Gestionnaire Direct3D 10

Le gestionnaire DirectX 10 est constitué d’un fichier DX10Manager.h contenant la définition de la classe et une classe DX10Manager.cpp contenant son implémentation.

  1. Définition de la classe DX10Manager
#pragma once
#include <Windows.h>
#include <D3DX10.h>
#include "DXManager.h"

class DX10Manager : public DXManager
{
private:
    //Handle de la fenêtre
    HWND*                        hWnd;
    
    //Device (Lien avec la carte graphique
    ID3D10Device*                D3DDevice;
    //Swap Chain 
    IDXGISwapChain*                SwapChain;
    //Render Target
    ID3D10RenderTargetView*        RenderTargetView;
    //Viewport (zone d'affichage)
    D3D10_VIEWPORT                ViewPort;

public:
    DX10Manager(void);
    //Destructeur
    ~DX10Manager(void);
    //Initialisation DirectX
    virtual bool Init(HWND* hWnd);
    //Rendu 3D
    virtual void Render();

private:
    //Message d'erreur
    virtual void Error(LPCSTR Message);
};

Comme indiqué plus haut, la classe DX11 Manager hérite de la classe DXManager. Par conséquent, elle doit implémenter les méthodes Init,Render et Error décrite plus haut. Les méthodes supplémentaires de cette classe sont le constructeur et le destructeur (pour la libération des ressources). Au niveau des propriétés, on retrouve les propriétés décrites dans la section précédente.

2.     Implémentation de la classe DX10Manager

Dans cette partie, nous allons nous interesser à la méthode Init.

//Initialisation DirectX

bool DX10Manager::Init(HWND* hWnd)

{

    //Sauvegarde du handle de la fenêtre

  
this->hWnd = hWnd;

   
    //Récupération des dimensions de la fenêtre

  
RECT rc;

    GetClientRect( *hWnd, &rc );

    UINT width = rc.right – rc.left;

    UINT height = rc.bottom – rc.top;

Ce morceau de code ne fait que sauvegarder le handle de la fenêtre (car il sera réutilisé plus loin) puis de récupérer les dimensions de la fenêtre.

    //Création de la Swap Chain
    DXGI_SWAP_CHAIN_DESC swapChainDesc;
    ZeroMemory(&swapChainDesc, sizeof(DXGI_SWAP_CHAIN_DESC));
    
    //Création de deux buffers (un back buffer et un front buffer)
    swapChainDesc.BufferCount = 2;
    swapChainDesc.BufferDesc.Width = width;
    swapChainDesc.BufferDesc.Height = height;
    swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
    swapChainDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    
    //Définition du nombre d'image par secondes maximun (60 images).
    swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
    swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
    
    //Multisampling setting
    swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
    swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;

    //Liaison de la swapchain et de le fenêtre
    swapChainDesc.OutputWindow = *hWnd;
    swapChainDesc.Windowed = true;    

On crée ensuite une structure décrivant la SwapChain. On indique tout d’abord le nombre de buffer que l’on souhaite utiliser (ici 2 car on compte utiliser FrontBuffer  et un BackBuffer). Il est nécessaire d’indiquer la taille des buffers (taille de la fenêtre) ainsi que le format des données pour les pixels (DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM correspond à 8 bit pour chaque canal RGBA. La liste des formats de pixel est disponible sur le site MSDN.). La propriété BufferUsage indique que les buffers seront dessiné par un RenderTarget (Liste des BufferUsage disponible sur le site MSDN).La propriété RefreshRate permet de définir le nombre d’images par secondes maximum .La propriété SampleDesc permet de piloter le multisampling. Cette technique permet de réduire l’aliasing (effet de crénelage). Dans notre cas, nous allons la désactiver en mettant Quality à 0 et Count à 1 (en effet, ce domaine est vaste et nécessiterait un tutoriel à lui tout seul). Les deux dernières propriétés sont la définition de la fenêtre sur laquelle on souhaite faire apparaitre le résultat ainsi que si l’on souhaite que l’application fonctionne en plein écran ou non.

//Création du device
HRESULT codeErreur = D3D10CreateDeviceAndSwapChain( NULL, 
                                                    D3D10_DRIVER_TYPE_HARDWARE, 
                                                    NULL, 
                                                    D3D10_CREATE_DEVICE_DEBUG, 
                                                    D3D10_SDK_VERSION, 
                                                    &swapChainDesc, 
                                                    &this->SwapChain, 
                                                    &this->D3DDevice); 
if (FAILED(codeErreur)) 
{
    //Si erreur
    this->Error("Erreur lors de la création du device 3D.");
    return false;
}

On arrive dans la partie de création du Device avec la méthode D3D10CreateDeviceAndSwapChain. Le premier paramètre représente l’adapteur à utiliser. Cela correspond tout simplement aux GPU ou autre processeur vidéo que l’on souhaite utiliser. Si vous voulez utiliser l’adapter par défaut, il suffit de mettre NULL. Vous pouvez avoir la liste des adapters disponible grâce à la méthode EnumAdapters.

Le deuxième paramètre est le type de driver que vous souhaitez utiliser. Il y a deux valeurs qui sont utilisés principalement. D3D10_DRIVER_TYPE_HARDWARE indique que l’on souhaite que le rendu 3D soit réalisé par la carte graphique. Cela est le mode par défaut et le plus rapide. A l’inverse, le mode D3D10_DRIVER_TYPE_REFERENCE demande au CPU de prendre en charge le rendu 3D. Ce mode est très lent et est surtout utilisé si la carte graphique ne contient pas les instructions nécessaires pour réaliser le rendu (par exemple une rendu DX11 ne peut être fait sur une carte ne gérant que du DX10. On préfèrera dans ce cas utiliser le mode REFERENCE).

La troisième paramètre est le software rasterizer. Il s’agit d’un pointeur vers du code permettant de faire un rendu en plus de DirectX (sorte d’extension). Nous n’utiliserons jamais cela dont nous pouvons mettre NULL ici.

Le quatrième paramètre correspond aux attributs de création du device. Nous utiliserons un device de DEBUG afin de pouvoir avoir accès aux messages d’erreurs DirectX. Ce paramètre est un flag et peut être cumulés avec d’autres valeurs disponibles ici.

Le cinquième paramètre défini le numéro de version du SDK DirectX utilisé pour créer le programme.

La méthode utilisé ici crée le Device + la SwapChain. Afin de la créer, le sixième paramètre fourni la structure de description de cette SwapChain.

Les deux derniers paramètres sont des paramètres de sorties qui nous permettent de récupérer un pointeur sur le Device (D3DDevice) et sur la SwapChain.

La méthode D3D10CreateDeviceAndSwapChain renvoie une valeur HRESULT indiquant s’il y a eu une erreur ou non. La méthode FAILED() analyse le HRESULT et renvoie true s’il y a une erreur.

    //Création du rendertargetview
    ID3D10Texture2D* backbuffer;
    if(FAILED(this->SwapChain->GetBuffer(0,__uuidof(ID3D10Texture2D), (LPVOID*) &backbuffer)))
    {
        //Si erreur
        this->Error("Erreur lors de la récupération du backbuffer.");
        return false;
    }
    if(FAILED(this->D3DDevice->CreateRenderTargetView(backbuffer,NULL,&this->RenderTargetView)))
    {
        //Si erreur
        this->Error("Erreur lors de la création du render target view.");
        return false;
    }
    backbuffer->Release();
    this->D3DDevice->OMSetRenderTargets(1,&this->RenderTargetView,NULL);

Maintenant nous allons créer le RenderTarget qui va indiquer où l’on souhaite faire le dessin de la scène. Tout d’abord il est nécessaire de récupérer le backbuffer créé par la SwapChain gràce à la méthode GetBuffer de celle-ci. Le premier paramètre est l’index du backbuffer que l’on souhaite (0 = premier back buffer). Le deuxième paramètre indique le type de données que l’on souhaite récupérer. On utilisera ici un ID3D10Texture2D représentant une texture en 2 dimensions.

Une fois récupéré, on peut créer le RenderTarget en fournissant le backbuffer. Le deuxième paramètre de CreateRenderTargetView  permet fournir une structure de description pour le RenderTarget. Dans notre cas, nous utiliserons celui par défaut d’où la valeur NULL.

Une fois cela défini, on libère la ressource prise pour le backbuffer (on en avait besoin uniquement pour défini le RenderTarget). Puis on indique au device le RenderTarget à utiliser avec la méthode OMSetRenderTargets. Le premier paramètre indique le nombre de RenderTarget utilisé (ici 1). Le deuxième paramètre est un pointeur vers le RenderTarget choisi. Le dernier paramètre est un autre RenderTarget lié aux profondeur (DepthStencilView). Nous n’en aurons pas besoin ici => NULL.

    //Création du viewport
    ViewPort.Width = width;
    ViewPort.Height = height;
    ViewPort.MinDepth = 0.0f;
    ViewPort.MaxDepth = 1.0f;
    ViewPort.TopLeftX = 0;
    ViewPort.TopLeftY = 0;
    //Assignation du viewport
    this->D3DDevice->RSSetViewports(1,&this->ViewPort);

Dernière étape de l’initialisation : Le viewport.  Il suffit de remplir une structure D3D10_VIEWPORT et d’indiquer la taille (Width/Height), la position (TopLeftX/TopLeftY) ainsi que les profondeurs minimale et maximale (MinDepth/MaxDepth). Une fois défini,on indique ces information au Device gràce à la méthode RSSetViewports. Comme pour SetRenderTarget, le premier paramètre indique le nombre de viewport utilisé. Le deuxième est un pointeur vers la structure décrivant le viewport.

  • Gestionnaire Direct3D 11

Le gestionnaire DirectX 11 est constitué d’un fichier DX11Manager.h contenant la définition de la classe et une classe DX11Manager.cpp contenant son implémentation.

  1. Définition de la classe DX11Manager
#pragma once
#include <Windows.h>
#include <D3D11.h>
#include "DXManager.h"

class DX11Manager : public DXManager
{
private:
    //Handle de la fenêtre
    HWND*                        hWnd;
    
    //Device (Lien avec la carte graphique
    ID3D11Device*                D3DDevice;
    //Swap Chain 
    IDXGISwapChain*                SwapChain;
    //Render Target
    ID3D11RenderTargetView*        RenderTargetView;
    //Viewport (zone d'affichage)
    D3D11_VIEWPORT                ViewPort;
    //Context du device
    ID3D11DeviceContext* d3dImmediateContext;

public:
    DX11Manager(void);
    ~DX11Manager(void);
    //Initialisation DirectX
    virtual bool Init(HWND* hWnd);
    //Rendu 3D
    virtual void Render();

private:
    //Message d'erreur
    virtual void Error(LPCSTR Message);
};

Comme indiqué plus haut, la classe DX11Manager hérite de la classe DXManager. Par conséquent, elle doit implémenter les méthodes Init,Render et Error décrite plus haut. Les méthodes supplémentaires de cette classe sont le constructeur et le destructeur (pour la libération des ressources). Au niveau des propriétés, on retrouve les propriétés décrites dans la section précédente.

Remarque Différences DX10/DX11 : Vous pouvez voir une différence entre la version DirectX 10 et 11. En effet, une nouvelle propriété à été rajoutée (ID3D11DeviceContext). Cela est dû à une nouvelle architecture de DirectX facilitant le multithreading. En effet, jusqu’à DirectX 10, il était impossible d’utiliser plusieurs threads pour envoyer des données à la carte graphique. Avec DirectX 11, il est possible de faire des appels à la carte graphique depuis plusieurs threads à l’aide de contexte.

directx-opengl5-w-157028-13

Chaque thread a un DeviceContext lié au Device. Un thread donne la liste de ses données à afficher à son DeviceContext. Une fois l’ensemble des données fournis, celle-ci sont donné au Device principal qui réalise l’affichage.

2.     Implémentation de la classe DX11Manager

Dans cette partie, nous allons nous interesser à la méthode Init.

//Initialisation DirectX
bool DX11Manager::Init(HWND* hWnd)
{
    //Sauvegarde du handle de la fenêtre
    this->hWnd = hWnd;
    
    //Récupération des dimensions de la fenêtre
    RECT rc;
    GetClientRect( *hWnd, &rc );
    UINT width = rc.right - rc.left;
    UINT height = rc.bottom - rc.top;

Ce morceau de code ne fait que sauvegarder le handle de la fenêtre (car il sera réutilisé plus loin) puis de récupérer les dimensions de la fenêtre.

//Création de la Swap Chain
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC swapChainDesc;
ZeroMemory(&swapChainDesc, sizeof(DXGI_SWAP_CHAIN_DESC));

//Création de deux buffers (un back buffer et un front buffer)
swapChainDesc.BufferCount = 2;
swapChainDesc.BufferDesc.Width = width;
swapChainDesc.BufferDesc.Height = height;
swapChainDesc.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
swapChainDesc.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;;

//Définition du nombre d'image par secondes maximun (60 images).
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
swapChainDesc.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;

//Multisampling setting
swapChainDesc.SampleDesc.Quality = 0;
swapChainDesc.SampleDesc.Count = 1;

//Liaison de la swapchain et de le fenêtre
swapChainDesc.OutputWindow = *hWnd;
swapChainDesc.Windowed = true;  

On crée ensuite une structure décrivant la SwapChain. On indique tout d’abord le nombre de buffer que l’on souhaite utiliser (ici 2 car on compte utiliser FrontBuffer  et un BackBuffer). Il est nécessaire d’indiquer la taille des buffers (taille de la fenêtre) ainsi que le format des données pour les pixels (DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM correspond à 8 bit pour chaque canal RGBA. La liste des formats de pixel est disponible sur le site MSDN.). La propriété BufferUsage indique que les buffers seront dessiné par un RenderTarget (Liste des BufferUsage disponible sur le site MSDN).La propriété RefreshRate permet de définir le nombre d’images par secondes maximum .La propriété SampleDesc permet de piloter le multisampling. Cette technique permet de réduire l’aliasing (effet de crénelage). Dans notre cas, nous allons la désactiver en mettant Quality à 0 et Count à 1 (en effet, ce domaine est vaste et nécessiterait un tutoriel à lui tout seul). Les deux dernières propriétés sont la définition de la fenêtre sur laquelle on souhaite faire apparaitre le résultat ainsi que si l’on souhaite que l’application fonctionne en plein écran ou non.

//Création du device
D3D_FEATURE_LEVEL FeatureLevels[] = {    
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_11_0,
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_10_1,
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_10_0,
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_9_3,
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_9_2,
                                        D3D_FEATURE_LEVEL_9_1,
                                    };
int FeatureLevelCount = sizeof(FeatureLevels) / sizeof(D3D_FEATURE_LEVEL);
D3D_FEATURE_LEVEL SelectedFeatureLevel;
HRESULT codeErreur = D3D11CreateDeviceAndSwapChain(NULL, 
                                            D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, 
                                            NULL, 
                                            D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG, 
                                            FeatureLevels, 
                                            FeatureLevelCount, 
                                            D3D11_SDK_VERSION, 
                                            &swapChainDesc, 
                                            &this->SwapChain, 
                                            &this->D3DDevice,
                                            &SelectedFeatureLevel,
                                            &this->d3dImmediateContext);
if (FAILED(codeErreur)) 
{
    //Si erreur
    this->Error("Erreur lors de la création du device 3D.");
    return false;
}

On arrive dans la partie de création du Device avec la méthode D3D11CreateDeviceAndSwapChain. Le premier paramètre représente l’adapter à utiliser. Cela correspond tout simplement aux GPU ou autre processeur vidéo que l’on souhaite utiliser. Si vous voulez utiliser l’adapter par défaut, il suffit de mettre NULL. Vous pouvez avoir la liste des adapters disponible grâce à la méthode EnumAdapters.

Le deuxième paramètre est le type de driver que vous souhaitez utiliser. Il y a deux valeurs qui sont utilisés principalement. D3D11_DRIVER_TYPE_HARDWARE indique que l’on souhaite que le rendu 3D soit réalisé par la carte graphique. Cela est le mode par défaut et le plus rapide. A l’inverse, le mode D3D11_DRIVER_TYPE_REFERENCE demande au CPU de prendre en charge le rendu 3D. Ce mode est très lent et est surtout utilisé si la carte graphique ne contient pas les instructions nécessaires pour réaliser le rendu (par exemple une rendu DX11 ne peut être fait sur une carte ne gérant que du DX10. On préfèrera dans ce cas utiliser le mode REFERENCE).

La troisième paramètre est le software rasterizer. Il s’agit d’un pointeur vers du code permettant de faire un rendu en plus de DirectX (sorte d’extension). Nous n’utiliserons jamais cela dont nous pouvons mettre NULL ici.

Le quatrième paramètre correspond aux attributs de création du device. Nous utiliserons un device de DEBUG afin de pouvoir avoir accès aux messages d’erreurs DirectX. Ce paramètre est un flag et peut être cumulés avec d’autres valeurs disponibles ici.

Le cinquième paramètre défini l’ensemble de FEATURE LEVEL à tester lors de la création du Device. Le paramètre suivant indique le nombre de FEATURE_LEVEL à tester. Les FEATURE_LEVEL sont des niveaux de fonctionnalités disponibles pour une carte. Ainsi, DirectX va tester si elle peut créer un device pour avec les fonctionnalités du premier FEATURE_LEVEL (dans notre cas DX11.0). S’il n’y arrive pas, il va tester avec le FEATURE_LEVEL suivant et ainsi de suite jusqu’à ce qu’il trouve un FEATURE_LEVEL compatible avec la carte.Il renverra l’info dans l’avant dernier paramètre (SelectedFeatureLevel).

La méthode utilisé ici crée le Device + la SwapChain. Afin de la créer, le septième paramètre fourni la structure de description de cette SwapChain.

Les deux suivants paramètres (8/9) sont des paramètres de sorties qui nous permettent de récupérer un pointeur sur le Device (D3DDevice) et sur la SwapChain.

Le dernier paramètre permet de récupérer le DeviceContext principal à utiliser. C’est au travers de celui ci que nous communiquerons avec la carte graphique (et non pas avec le D3DDevice comme en DX10).

La méthode D3D11CreateDeviceAndSwapChain renvoie une valeur HRESULT indiquant s’il y a eu une erreur ou non. La méthode FAILED() analyse le HRESULT et renvoie true s’il y a une erreur.

//Création du rendertargetview
ID3D11Texture2D* backbuffer;
if(FAILED(this->SwapChain->GetBuffer(0,__uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*) &backbuffer)))
{
    //Si erreur
    this->Error("Erreur lors de la récupération du backbuffer.");
    return false;
}
if(FAILED(this->D3DDevice->CreateRenderTargetView(backbuffer,NULL,&this->RenderTargetView)))
{
    //Si erreur
    this->Error("Erreur lors de la création du render target view.");
    return false;
}
backbuffer->Release();
this->d3dImmediateContext->OMSetRenderTargets(1,&this->RenderTargetView,NULL);

Maintenant nous allons créer le RenderTarget qui va indiqué où l’on souhaite faire le dessin de la scène. Tout d’abord il est nécessaire de récupérer le backbuffer créé par la SwapChain gràce à la méthode GetBuffer de celle-ci. Le premier paramètre est l’index du backbuffer que l’on souhaite (0 = premier back buffer). Le deuxième paramètre indique le type de données que l’on souhaite récupérer. On utilisera ici un ID3D10Texture2D représentant une texture en 2 dimensions.

Une fois récupérer, on peut créer le RenderTarget en fournissant le backbuffer. Le deuxième paramètre de CreateRenderTargetView  permet fournir une structure de description pour le RenderTarget. Dans notre cas, nous utiliserons celui par défaut d’où la valeur NULL.

Une fois cela défini, on libère la ressource prise pour le backbuffer (on en avait besoin uniquement pour défini le RenderTarget). Puis on indique au DeviceContext le RenderTarget à utiliser avec la méthode OMSetRenderTargets. Le premier paramètre indique le nombre de RenderTarget utilisé (ici 1). Le deuxième paramètre est un pointeur vers le RenderTarget choisi. Le dernier paramètre est un autre RenderTarget lié à la profondeur (DepthStencilView). Nous n’en aurons pas besoin ici => NULL.

//Création du viewport
ViewPort.Width = width;
ViewPort.Height = height;
ViewPort.MinDepth = 0.0f;
ViewPort.MaxDepth = 1.0f;
ViewPort.TopLeftX = 0;
ViewPort.TopLeftY = 0;
//Assignation du viewport
this->d3dImmediateContext->RSSetViewports(1,&this->ViewPort);

Dernière étape de l’initialisation : Le viewport.  Il suffit de remplir une structure D3D10_VIEWPORT et d’indiquer la taille (Width/Height), la position (TopLeftX/TopLeftY) ainsi que les profondeurs minimale et maximale (MinDepth/MaxDepth). Une fois défini,on indique ces information au Device grâce à la méthode RSSetViewports. Comme pour SetRenderTarget, le premier paramètre indique le nombre de viewport utilisé. Le deuxième est un pointeur vers la structure décrivant le Viewport.

  • La Méthode de rendu

L’objectif de ce tutoriel est surtout l’initialisation de Direct3D. Donc le rendu sera ici très sommaire. Nous allons uniquement vider le RenderTarget (donc le BackBuffer) en le remplissant d’une couleur (noire dans notre exemple) puis dire à la SwapChain d’afficher ce BackBuffer.

En DirectX 10, cela se fait comme suit :

//Rendu 3D
void DX10Manager::Render()
{
    this->D3DDevice->ClearRenderTargetView(this->RenderTargetView,D3DXCOLOR(0,0,0,0));
    
    //Dessin de la scène 3D

    this->SwapChain->Present(0,0);
}

En DirectX 11 :

//Rendu 3D
void DX11Manager::Render()
{
    float clearColor[] = {0,0,0,0};
    this->d3dImmediateContext->ClearRenderTargetView(this->RenderTargetView, clearColor);

    //Dessin de la scène 3D

    this->SwapChain->Present(0,0);
}
  • Libération des ressources

La création de device, buffer et ainsi … consomme de la mémoire et bloque des ressources. Il est nécessaire, lorsque l’on termine le programme, de libérer ces ressources. Nous allons nous servir du destructeur de la classe pour réaliser ces opérations.

En DX 10 :

//Destructeur
DX10Manager::~DX10Manager(void)
{
    //Libération des interfaces
    if(this->RenderTargetView) this->RenderTargetView->Release();
    if(this->SwapChain) this->SwapChain->Release();
    if(this->D3DDevice) this->D3DDevice->Release();
}

En DX 11 :

//Destructeur
DX11Manager::~DX11Manager(void)
{
    //Libération des interfaces
    if(this->RenderTargetView) this->RenderTargetView->Release();
    if(this->SwapChain) this->SwapChain->Release();
    if(this->d3dImmediateContext) this->d3dImmediateContext->Release();
    if(this->D3DDevice) this->D3DDevice->Release();
}

La méthode Release se charge de libérer les ressources. Le if permet de vérifier si ces ressources n’ont pas déjà été libérées.

  • Conclusion

Nous avons vu comment initialiser Direct3D en Direct 10 et 11. Le résultat à l’exécution, bien que très simpliste, est le suivant :

dxt2-final1

Code source du tutorial

Ce tutorial est encore un peu frustrant (beaucoup de code pour un écran noir). Dans le prochain tutorial, nous allons afficher un triangle à l’écran. Nous verrons par la même occasion un outil indispensable en DirectX 10 / 11 : Les Shaders.

08/11/2010

[DirectX 10/11] Tutoriel 1 : Création d’une application Win32

Filed under: 3D, C++, Débutant, DirectX, Win32 — Étiquettes : , , , , , , — sebastiencourtois @ 00:09

J’ai fait une petite coupure avec ce blog compte tenu des préparatifs de mon départ aux USA et de l’avancement de certains projets persos. Au passage, je voulais souligner la création d’un nouveau blog d’un ex-futur-collègue qui vient de rejoindre la communauté des blogueurs .NET : Gilles Peron.

J’ai aussi décidé de me lancer dans une nouvelle série d’articles sur la programmation en parallèle de celle sur XNA. Le sujet est donc DirectX 10/11. L’une des grosses nouveautés est que nous allons faire ça à l’ancienne : en C++ (oui j’ai dû réapprendre à faire du C++ pour vous Sourire).

  • Introduction à DirectX

DirectX est une boite à outil pour la création de jeu vidéo fournie par Microsoft et fonctionnant principalement sur Windows. DirectX est composé de nombreux catégories chacune étant liée à une partie précise d’un jeu (Direct3D pour le graphisme 3D, DirectInput pour la gestion clavier/souris/manette, DirectPlay pour le réseau …).

Nous en sommes aujourd’hui à la onzième version de DirectX (sorti en 2009). Toutefois, DirectX 11 ajoute des nouvelles fonctionnalités à DirectX 10 qui était une évolution majeure de l’API. C’est pourquoi nous étudierons les deux versions 10 et 11.


  • Installation et configuration du kit de développement DirectX

Pour développer en DirectX, il faut :

    • Un environnement de développement C++
    • Le kit de développement Direct X : Page MSDN DirectX SDK.

Une fois le SDK installé, il suffit de créer  un projet C++ vide et d’ajouter les dossiers includes et libs du DirectX SDK (par défaut dans c:\Program Files\) au projet.

blog_dx_t1_0 blog_dx_t1_1 blog_dx_t1_2
Création d’un nouveau projet C++ vide Ajout du répertoire libs DirectX au projet Ajout du répertoire include DirectX au projet
  • La base d’une application DirectX : La fenêtre

Vous êtes maintenant prêt développer en DirectX. Pour cela, il est nécessaire d’avoir une fenêtre dans laquelle nous allons afficher les informations de notre jeu. Pour cela, plusieurs choix sont possibles. Dans ce tutoriel, je ferais ce que recommande Microsoft dans son tutoriel, l’utilisation de l’API Win32. Cette API complexe existe depuis que Windows existe et gère tout ce qui est fenêtre et gestion des entrées/sortie. D’autres méthodes de gestion de fenêtres plus simple existent (notamment QT) mais elles ne sont pas toutes compatible avec DirectX 10/11.

L’objectif de ce tutoriel va donc être de créer une fenêtre que l’on pourra fermer en appuyant sur la croix de la barre de titre ou en appuyant sur Echap.

Remarque : L’API Win32 et DirectX sont des API distinctes. Win32 est une API qu’il n’est pas spécialement nécessaire de maitriser parfaitement si votre objectif est uniquement de faire de la 3D ou du jeu vidéo. Dans le texte qui suit, je vais essayer de décrire au maximum chacune des propriétés. Il n’est pas nécessaire de mémoriser toute ces informations (ou alors uniquement pour votre culture général).

  • Le point d’entrée de notre programme : WinMain

Tout programme commence toujours par un point d’entrée. En C/C++ classique, ce point d’entrée est écrit ainsi :

#include <stdio.h>
int main(int argc,char **argv)
{
    printf("Hello World !!");
    return 0;
}

La même chose, en Win32, s’écrit de la façon suivante :

#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int APIENTRY WinMain( HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow )
{
    MessageBox(NULL,"Hello World","Titre",MB_ICONERROR);
    return 0;
}

Au niveau des changements entre les deux codes, on voit tout d’abord l’ajout d’un fichier windows.h. Ce fichier contient les fonctions principales de l’API Win32.

La signature du point d’entrée est plus complexe. Cette méthode retourne un nombre au système d’exploitation. La valeur 0 correspond à un programme qui s’est terminé correctement. Le mot APIENTRY signifie que la méthode est une méthode qui peut être appelé (CALLBACK). Le nom de la méthode WinMain est le nom du point d’entrée.Ce nom est défini dans windows.h et est obligatoire pour être reconnu comme un point d’entrée valide. Les deux paramètres suivants correspondent aux instances du programme. La première est l’instance pour le programme que le WinMain va lancer. La deuxième correspond à l’instance du programme qui appel ce WinMain. Dans notre cas, hPrevInstance sera NULL car nous lançons directement l’application (nous ne passons pas par un autre programme pour la lancer.). Le paramètre lpCmdLine correspond aux paramètres qui sont ajouté en arguement au lancement de l’application (équivalent du paramètre argv d’un main C/C++ classique).Pour récupérer la commande complète, vous pouvez aussi utiliser la méthode GetCommandLine. Enfin le dernier paramètre indique comment la fenêtre devra être affiché à son lancement (minimisé, plein écran …). Si vous voulez plus d’informations sur le WinMain, vous trouverez les informations voulues sur la MSDN.

Afin de tester que tout fonctionne correctement, nous allons demander l’affichage d’une boite de dialogue d’erreur. Celle ci est disponible gràce à la méthode MessageBox. Cette méthode prend en premier paramètre le handle (sorte de pointeur) sur la fenêtre qui l’a crée. Dans notre exemple, nous n’avons pas de fenêtre donc nous utiliserons la valeur NULL pour ce paramètre. Ensuite, il est nécessaire de fournir le texte puis le titre que l’on souhaite afficher. Enfin, on peut customiser les icones,boutons de la boite de dialogues avec le dernier paramètre. La liste et l’utilisation de ce paramètre est décrit en détail sur la MSDN.

Lorsque l’on lance ce morceau de code, on obtient le résultat suivant :

blog_dx_t1_3

  • Création d’une fenêtre de base

Nous allons maintenant chercher à créer une fenêtre normale. Pour cela nous allons rajouter 3 variables globales : Un Handle sur la fenêtre, deux nombre représentant la largeur et la hauteur de la fenêtre.

//Handle de la fenêtre
HWND hWnd;        
//Largeur de la fenêtre
int windowWidth = 800;    
//Hauteur de la fenêtre
int windowHeight = 600;

On modifie la méthode WinMain afin de créer et gérer un fenêtre.

//Point d'entrée du programme
int APIENTRY WinMain( HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPTSTR lpCmdLine, int nCmdShow )
{
    //Initialisation d'une fenêtre
    if(!InitWindow(hWnd,hInstance,nCmdShow)) return 0;

    // Boucle 
    MSG msg = {0};
    while (WM_QUIT != msg.message)
    {
        while (PeekMessage(&msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE) == TRUE)
        {
            TranslateMessage(&msg);
            DispatchMessage(&msg);            
        }    
    }
    return (int) msg.wParam;
}

Une première étape va être de créer et d’afficher la fenêtre. Cela va être fait par la méthode InitWindow que nous allons créer dans un moment.

Pour l’instant, nous allons nous concentrer sur la boucle. Windows gère ses fenêtres grâce à un système de message. Ainsi lorsqu’un ordre est donné à une fenêtre (minimiser la fenêtre, la fermer …), le système envoie un message à la fenêtre. Cette boucle regarde si des messages sont disponibles avec la méthode PeekMessage puis analyse le message et agit en conséquence (TranslateMessage) puis dispatch le message à d’autres fenêtres (les fenêtres enfants par exemples). On sort de la boucle lorsque le message de fermeture de l’application (Message WM_QUIT) est reçu par a fenêtre.

La valeur retour du WinMain dépend du wParam du dernier message. En effet, les messages peuvent aussi remonter des codes erreurs. Par conséquent, on utilise cette valeur plutôt que donner la valeur 0 en dur.

Concentrons-nous maintenant sur la création de la fenêtre proprement dite :

//Initialisation de la fenêtre Win32
bool InitWindow(HWND hWnd,HINSTANCE hInstance,int nCmdShow)
{
    //Structure d'information sur une fenêtre
    WNDCLASSEX wndStruct;
    ZeroMemory(&wndStruct,sizeof(WNDCLASSEX));
    wndStruct.cbSize        = sizeof(WNDCLASSEX);
    wndStruct.style            = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
    wndStruct.lpfnWndProc    = (WNDPROC)wndProc;
    wndStruct.hInstance        = hInstance;
    wndStruct.hCursor        = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
    wndStruct.hbrBackground    = (HBRUSH)COLOR_WINDOW;
    wndStruct.lpszClassName    = TEXT("TutorialWindow");
    RegisterClassEx(&wndStruct);

    hWnd = CreateWindow( "TutorialWindow", 
                         "Tutorial 1 : Win32", 
                         WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU | WS_MINIMIZEBOX,
                         CW_USEDEFAULT, 
                         CW_USEDEFAULT, 
                         windowWidth, 
                         windowHeight, 
                         NULL, 
                         NULL, 
                         hInstance, 
                         NULL);

    if(!hWnd) return false;

    ShowWindow(hWnd,nCmdShow);
    UpdateWindow(hWnd);

    return true;
}

Afin de créer une fenêtre, il est nécessaire de remplir une structure qui va décrire la fenêtre. Cette structure est WNDCLASSEX. Elle contient un grand nombre de propriété mais nous n’en utiliserons que 7 pour notre exemple.

cbSize Taille de la structure (en octets)
style Indique le comportement de la fenêtre. Dans notre cas, nous demandons à redessiner le contenu de la fenêtre lors qu’il y a  un changement vertical ou horizontal de la fenêtre. Les valeurs possibles sont disponibles ici.
lpfnWndProc Callback permettant de récupérer les évènements de la fenêtre (souris, clavier …). Nous allons créer cette méthode (wndProc) dans le paragraphe suivant.
hInstance Instance de l’application (celle fourni par le WinMain)
hCursor Curseur de souris lorsque celui ci passe sur la fenêtre (IDC_Arrow correspond au curseur de base).
hbrBackground Couleur de fond de la fenêtre
lpszClassName Nom pour la fenêtre. A ne pas confondre avec le titre de la fenêtre. Ce nom de fenêtre sera utilisé lors de la création de fenêtre pour identifier la structure WNDCLASSEX que l’on souhaite utiliser.

Plus d’informations sur la structure WNDCLASSEX sur la MSDN.

Une fois la structure de la fenêtre est définie, il est nécessaire de l’enregistrer dans le système afin de pouvoir la réutiliser. Cela se fait avec la méthode RegisterClassEx.

L’étape suivante est la création du handle de la fenêtre. On utilise pour cela la méthode CreateWindow. Le premier paramètre correspond au nom de la fenêtre comme décrit dans la structure WNDCLASSEX. Le deuxième paramètre est le titre de la fenêtre. Ensuite, on peut choisir le style de la fenêtre (barre de titre, bouton de fermeture …). La liste complète des possibilités se trouve ici. Les quatre paramètres suivants sont la position x,y du coin supérieur gauche de la fenêtre puis sa largeur et hauteur. La constante CW_USEDEFAULT est utilisé ici afin de laisser au système d’exploitation le choix de la position de la fenêtre. Le paramètre suivant indique si cette fenêtre doit être lié à une  autre fenêtre (ce n’est pas notre cas de figure donc NULL). Le NULL suivant correspond au handle d’un menu. Vu que nous ne souhaitons pas de menu, nous mettons une nouvelle fois NULL. Le paramètre qui suit n’est autre que l’instance à laquelle sera lié la fenêtre. Le dernier paramètre n’est pas utile dans notre cas (cas des fenêtres multiples MDI).

La description complète de cette méthode se trouve ici.

Une fois créé, on récupère un handle pour notre fenêtre. Si ce handle est NULL, c’est que la fenêtre n’a pas été créée. Dans le cas contraire, on peut l’afficher avec la méthode ShowWindow auquel on passe le paramètre nCmdShow reçu par le WinMain qui indique comment s’affiche la fenêtre (plein écran, minimisé…).

On appelle enfin la méthode UpdateWindow afin de forcer le rafraichissement de la fenêtre.

  • Réponses aux évènements de la fenêtre

Une fenêtre reçoit des évènements venant des périphériques (clavier,souris). Ce type d’évènements est à prendre en charge dans une méthode indiqué dans la propriété lpfnWndProc de la structure WNDCLASSEX (voir plus haut). Dans notre cas, elle s’appelle wndProc et à toujours la même signature.

LRESULT CALLBACK wndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (message) 
    {
        case WM_KEYDOWN    :    
            if(wParam == VK_ESCAPE)
                PostQuitMessage(0);
        break;        
        case WM_DESTROY    :    
            PostQuitMessage(0);
        break;
    }
    
    return DefWindowProc(hWnd, message, wParam, lParam);
}

Cela fonctionne sur un système de message comme pour la boucle principale sauf que celle ci est spécifique à l’application. Lorsqu’un nouveau message pour la fenêtre arrive, la méthode wndProc est appelée. Nous gérons ici deux messages.

WN_DESTROY est reçu lorsque la fenêtre va être détruite. Cela peut provenir d’un clic sur la croix de fermeture de la fenêtre mais cela peut aussi venir d’autres facteurs comme le fermeture de l’application dans le gestionnaire de tâches ou encore l’extinction de l’ordinateur.

WM_KEYDOWN correspond à une touche du clavier qui a été enfoncée. Le code de la touche est disponible grâce au paramètre wParam.

Vous pouvez trouver ici la liste des messages pour wndProc.

On appelle la méthode PostQuitMessage avec un code retour 0 (aucun problème) pour envoyer un message de fermeture de l’application (donc de la fenêtre). Cela enverra un message WM_Quit à la boucle du WinMain qui sortira du programme.

  • La récompense

Nous sommes arrivés au bout de notre périple. Si vous lancez l’application, vous devriez vous retrouver avec la fenêtre suivante.

blog_dx_t1_4

Si ce n’est pas le cas, je vous donne mon projet de solution (VS 2010).

  • Conclusion

J’imagine votre première réaction à la fin de ce tutoriel : “Tout ça pour ….. ça Triste !!!“. Effectivement le code Win32 est assez indigeste, complexe (j’en connais qui aime ça Sourire) pour un résultat très médiocre. Il s’agit pourtant de la base de tout jeu vidéo DirectX et vous êtes obligé de passer par là pour commencer un projet. La bonne nouvelle est qu’une fois que c’est fait, on n’a plus à s’en préoccuper et on peut réutiliser le même code sans problème. Je vous conseille donc de  garder votre projet sous la main car vous pourriez en avoir besoin très bientôt.

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