3D-Spieleprogrammierung mit DirectX 9 und C++

Inhalt

Vorwort

1 Einleitung

1.1 Ein paar Dinge im Voraus

1.1.1 Was Sie erwartet

1.1.2 Was Sie nicht erwartet

1.1.3 Voraussetzungen

1.1.4 Die Schriftformate in diesem Buch

1.1.5 Was tun bei Problemen?

1.1.6 Zu DirectX 9.0 und DirectX 9.0c

1.1.7 Die ungarische Notation

1.2 Einführung in die Spieleprogrammierung

1.2.1 Der kleine Unterschied

1.2.2 Was macht ein Spiel eigentlich?

1.2.3 Eingliederung in die Windows-Architektur

1.2.4 Das Problem mit der Zeit

1.2.5 Die verschiedenen Seiten eines Spiels

1.2.6 Rückblick

1.3 DirectX und C++

1.3.1 Was ist DirectX?

1.3.2 Die perfekte Kombination mit C++

1.3.3 Das COM – Grundlage von DirectX

1.3.4 Rückblick

1.4 Wir bauen uns eine eigene Engine!

1.4.1 Was versteht man unter einer Engine?

1.4.2 Verschiedene Entwicklungsansätze

1.4.3 Konkrete Planung

1.4.4 Installation der Engine und Einrichten eines Projekts

1.4.5 Vorgabefunktionen, Klassen und Makros

1.4.6 Rückblick

1.4.7 Übungsaufgaben

1.5 Tipps zum Debuggen

1.6 Ausblick

2 3D-Grafik

2.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

2.2 Einführung in die 3D-Grafik

2.2.1 Ein neues Koordinatensystem

2.2.2 Theorie der 3D-Grafik

2.2.3 Vektoren

2.2.4 Matrizen

2.2.5 Ebenen

2.2.6 Das RGB-Farbsystem

2.2.7 Rückblick

2.2.8 Übungsaufgaben

2.3 Direct3D-Grundlagen

2.3.1 Was ist Direct3D?

2.3.2 Die Transformationspipeline

2.3.3 Der Rasterizer

2.3.4 Die wichtigsten Schnittstellen

2.3.5 Ressourcen

2.3.6 Oberflächen

2.3.7 Direct3D im C++-Programm ansprechen

2.3.8 Rückblick

2.4 Initialisierung von Direct3D

2.4.1 Erstellen der

Schnittstelle

2.4.2 Adapterinformationen

2.4.3 Caps – die Fähigkeiten eines Geräts

2.4.4 Erstellen des Fensters

2.4.5 Erstellen der

Schnittstelle

2.4.6 Direct3D herunterfahren

2.4.7 Beispielprogramm: eine komplette Direct3D-Anwendung

2.4.8 Rückblick

2.4.9 Übungsaufgaben

2.5 Das erste Dreieck

2.5.1 Vertizes

2.5.2 Erste Render-States

2.5.3 Setup der Transformationspipeline

2.5.4 Der Zeichenvorgang

2.5.5 Rückblick

2.5.6 Übungsaufgaben

2.6 Texturen

2.6.1 Was Texturen sind

2.6.2 Grundlegende Dinge

2.6.3 Der bilineare Filter

2.6.4 MIP-Mapping – schnell und schön

2.6.5 Weitere Spielereien

2.6.6 Texturen mit D3DX laden

2.6.7 Texturinformationen abfragen

2.6.8 Das Beispielprogramm

2.6.9 Kachelfähige Texturen erzeugen

2.6.10 Rückblick

2.6.11 Übungsaufgaben

2.7 Vertex- und Index-Buffer

2.7.1 Zweck von Vertex- und Index-Buffern

2.7.2 Der Vertex-Buffer im Detail

2.7.3 Der Index-Buffer im Detail

2.7.4 Das Beispielprogramm

2.7.5 Rückblick

2.7.6 Übungsaufgaben

2.8 Nebel

2.8.1 Die Theorie

2.8.2 Nebel mit Direct3D

2.8.3 Das Beispielprogramm

2.8.4 Rückblick

2.8.5 Übungsaufgaben

2.9 Beleuchtung

2.9.1 Ein einfaches Beleuchtungssystem

2.9.2 Die Praxis – Beleuchtung mit Direct3D

2.9.3 Das Beispielprogramm

2.9.4 Rückblick

2.9.5 Übungsaufgaben

2.10 Alpha-Blending

2.10.1 Die Theorie

2.10.2 Alpha-Blending mit Direct3D

2.10.3 Das Beispielprogramm

2.10.4 Rückblick

2.10.5 Übungsaufgaben

2.11 Multi-Texturing

2.11.1 Der theoretische Teil

2.11.2 Multi-Texturing anwenden

2.11.3 Mehr über Texturkoordinaten

2.11.4 Das Beispielprogramm

2.11.5 Rückblick

2.11.6 Übungsaufgaben

2.12 Exotische Texturformen

2.12.1 Volumentexturen

2.12.2 Umgebungstexturen

2.12.3 Bump-Mapping

2.12.4 Rückblick

2.12.5 Übungsaufgaben

2.13 Der Stencil-Buffer

2.13.1 Was war das noch gleich?

2.13.2 Die Details

2.13.3 Das Beispielprogramm

2.13.4 Rückblick

2.13.5 Übungsaufgaben

2.14 D3DX-Effekte

2.14.1 Probleme beim Verwalten von Modellen

2.14.2 „Effekte“

2.14.3 Laden eines Effekts

2.14.4 Mit Effekten rendern

2.14.5 Variablen von außen setzen und abfragen

2.14.6 Das Beispielprogramm

2.14.7 Rückblick

2.14.8 Übungsaufgaben

2.15 Transformierte Vertizes für 2D-Grafik

2.15.1 Wozu denn noch 2D?

2.15.2 Die Transformation umgehen

2.15.3 Ein anderes Vertexformat

2.15.4 DirectDraw imitieren

2.15.5 Eine andere Methode für 2D-Grafik

2.15.6 Rückblick

2.15.7 Übungsaufgaben

2.16 In Texturen rendern

2.16.1 Schritt 1: Erstellen einer Textur und eines Z-Buffers

2.16.2 Schritt 2: Das neue Render-Target setzen

2.16.3 Schritt 3: Rendern!

2.16.4 Einfacher mit D3DX

2.16.5 Wozu braucht man das?

2.17 Ausblick

3 3D-Grafik mit der TriBase- Engine

3.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

3.2 Direct3D mit der TriBase-Engine

3.2.1 Was uns das Leben leichter machen kann

3.2.2 Die Klasse

3.2.3 Der Texturmanager –

3.2.4

und

3.2.5 Die Effektklasse

3.2.6 Ein allumfassendes Beispielprogramm

3.2.7 Rückblick

3.2.8 Ausblick

3.3 Modelldateien

3.3.1 Die Vorarbeit

3.3.2 Der Konverter

3.3.3 Eine Modellklasse

3.3.4 Das Beispielprogramm

3.3.5 Rückblick

3.4 Texte zeichnen

3.4.1 Speicherung der Zeichen

3.4.2 Das Format der Textur

3.4.3 Transformierte Vertizes für Texte

3.4.4 Der Weg von TrueType zur Bitmap-Font

3.4.5 Inhalt der TBF-Dateien

3.4.6 Programmierung einer Schriftartklasse

3.4.7 Das Beispielprogramm

3.4.8 Rückblick

3.5 Ausblick

4 Eingabe

4.1 Was uns in diesem Kapitel erwartet

4.2 DirectInput kurz vorgestellt

4.2.1 Was kann DirectInput besser als Windows?

4.2.2 Geräte und Geräteklassen

4.2.3 GUIDs

4.2.4 Achsen und Knöpfe

4.2.5 Die Funktionsweise von DirectInput

4.2.6 Ein paar Worte zum Debuggen

4.3 Der Startschuss fällt

4.3.1 Erstellen des

Objekts

4.3.2 Eingabegeräte abzählen

4.3.3 Rückblick

4.4 Initialisierung eines Geräts und Datenabfrage

4.4.1 Keine Angst vor

4.4.2 Vorbereitungen treffen

4.4.3 Auf verlorene Eingabe achten!

4.4.4 Hinterlassen Sie Ihren Platz …

4.4.5 Einmal Daten, bitte!

4.4.6 Rückblick

4.5 Die Tastatur

4.5.1 Das Datenformat der Tastatur

4.5.2 Tastencodes

4.5.3 Das Beispielprogramm

4.5.4 Begrenzungen der Tastatur

4.5.5 Rückblick

4.6 Die Maus

4.6.1 Das Datenformat der Maus

4.6.2 Relative Achsen

4.6.3 Die Mausknöpfe

4.6.4 Der exklusive Modus

4.6.5 Das Beispielprogramm

4.6.6 Rückblick

4.7 Der Joystick

4.7.1 Achsen, Knöpfe, POVs und Schieberegler

4.7.2 Das Joystick-Datenformat

4.7.3 Das Beispielprogramm

4.7.4 Rückblick

4.8 Objekte abzählen und kalibrieren

4.8.1 Objekte abzählen

4.8.2 Eigenschaften festlegen

4.8.3 Achsenmodus

4.8.4 Achsenskalierung

4.8.5 Die tote Zone

4.8.6 Sättigung

4.8.7 Das Beispielprogramm

4.8.8 Gepufferte Daten und direkte Daten

4.8.9 Rückblick

4.9 Übungsaufgaben

4.10 Eine Eingabeklasse für die Engine

4.10.1 Probleme mit DirectInput

4.10.2 Das Prinzip der analogen Knöpfe

4.10.3 Die

Klasse

4.10.4 Das Beispielprogramm

4.10.5 Rückblick

4.11 Ausblick

5 Sound und Musik

5.1 DirectSound kurz vorgestellt

5.1.1 Was kann DirectSound besser als Windows?

5.1.2 Soundpuffer und Mixer

5.1.3 Die Schnittstellen

5.2 Initialisierung von DirectSound

5.2.1 Formale Dinge

5.2.2 Abzählen der DirectSound-Geräte

5.2.3 Erstellung der

Schnittstelle

5.2.4 Die Kooperationsebene wählen

5.2.5 Rückblick

5.3 Erstellen von Soundpuffern

5.3.1 Eigenschaften der Soundpuffer

5.3.2 Das Format eines Soundpuffers

5.3.3 Anfordern der

Schnittstelle

5.3.4 Der primäre Soundpuffer

5.3.5 Rückblick

5.4 Füllen eines sekundären Soundpuffers

5.4.1 Eine kleine Einführung in die Akustik

5.4.2 Wir sperren den Soundpuffer

5.4.3 Entsperren

5.4.4 Hinein mit den Daten!

5.4.5 Rückblick

5.5 Kontrolle eines Sounds

5.5.1 Die

Methode

5.5.2 Festlegen der Lautstärke

5.5.3 Festlegen der Balance

5.5.4 Festlegen der Abspielfrequenz

5.5.5 Das Beispielprogramm

5.5.6 Rückblick

5.6 WAV-Dateien laden

5.6.1 Der RIFF-Header

5.6.2 Die WAV-Chunks

5.6.3 Die Funktion

5.7 3D-Sound

5.7.1 Theorie des 3D-Sounds

5.7.2 Die

Schnittstelle

5.7.3 Die

Schnittstelle

5.7.4 Das Beispielprogramm

5.7.5 Rückblick

5.8 Echtzeiteffekte

5.8.1 Effekte – vorberechnet und in Echtzeit

5.8.2 Verschiedene Effektschnittstellen

5.8.3 Vorwarnung erforderlich!

5.8.4 Effekte mit

anfordern

5.8.5 Die Effektschnittstelle abfragen

5.8.6 Effektparameter am Beispiel des Echos

5.8.7 Experimentieren ist angesagt!

5.8.8 Rückblick

5.9 Ergänzende Informationen

5.9.1 Die verschiedenen Schnittstellen

5.9.2 Klonen von Sounds

5.9.3 Status eines Soundpuffers

5.10 Die Klasse

5.10.1 Erweiterung des Konfigurationsdialogs

5.10.2 Was

können soll

5.10.3 Die Klassendefinition

5.10.4 Die Initialisierungsmethode

5.10.5 Der Umgang mit dem Hörer

5.11 Die

Klasse

5.11.1 Fähigkeiten der Klasse

5.11.2 Das Prinzip der Soundpufferliste

5.11.3 Die Klassendefinition

5.11.4 Laden des Sounds

5.11.5 Die

Methode

5.11.6 Die

Methode

5.11.7 Einen Sound abspielen

5.11.8 Abspielen des nächsten Soundpuffers

5.11.9 Die restlichen Methoden …

5.12 Musik ins Spiel bringen

5.12.1 Was unterscheidet Musik von Soundeffekten?

5.12.2 DirectShow-Grundlagen

5.12.3 Kontrolle über den Filtergraphen

5.12.4 Die Klasse

5.12.5 Das Beispielprogramm

5.13 Ausblick

6 Theorie der Spieleprogrammierung

6.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

6.2 Warum Planung wichtig ist

6.3 Am Anfang steht die Idee

6.3.1 Inspiration

6.3.2 Auf Ideen vorbereitet sein

6.3.3 Aussortieren

6.3.4 Storydesign

6.3.5 Entwicklung eines Ablaufschemas

6.4 Suche nach Teammitgliedern

6.5 Vermitteln des Spiels und gemeinsame Analyse

6.5.1 Die Absichten klarmachen

6.5.2 Machbarkeitsanalyse

6.5.3 Tipps

6.6 Ausarbeitung der Details

6.7 Einteilung in Module

6.8 Level-Design und Atmosphäre

6.8.1 Abenteuer-, Action- und Rollenspiele

6.8.2 Puzzlespiele

6.8.3 Simulatoren

6.8.4 Wann eine Aufgabe zu schwer ist

6.8.5 Tipps für das Level-Design

6.8.6 Allgemeine Tipps für eine bessere Spielatmosphäre

6.9 Tipps zum Programmieren

6.9.1 Planung und Standard

6.9.2 Implementierung neuer Features

6.9.3 Die Liebe zum Detail

6.10 Testen Ihres Spiels

6.10.1 Testen während des Entwicklungsprozesses

6.10.2 Testen des fertigen Spiels

6.11 Ausblick

7 Das erste Spiel

7.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

7.2 Planung

7.2.1 Das Spielprinzip und der Name des Spiels

7.2.2 Die Darstellung

7.2.3 Die Spielzustände

7.2.4 Das Spielgerüst

7.3 Die Grundklasse

7.3.1 Variablen

7.3.2 Methoden

7.3.3 Die

Funktion

für Breakanoid

7.4 Das Titelbild

7.4.1 Planung des Titelbilds

7.4.2 Die Schriftarten

7.4.3 Initialisieren, Laden und Entladen des Titelbilds

7.4.4 Rendern des Titelbilds

7.4.5 Bewegung des Titelbilds

7.5 Das Hauptmenü

7.5.1 Planung des Hauptmenüs

7.5.2 Laden, Entladen, Betreten und Verlassen

7.5.3 Rendern

7.5.4 Bewegen des Hauptmenüs

7.5.5 Sound für das Hauptmenü!

7.6 Das Spiel

7.6.1 Planung des Spiels

7.6.2 Schritt 1: die

Klasse

7.6.3 Schritt 2: Anzeigen des Levelmodells

7.6.4 Schritt 3: Her mit dem Schläger!

7.6.5 Schritt 4: Ein Levelsystem

7.6.6 Schritt 5: Bälle hinzufügen

7.6.7 Schritt 6: Die Blöcke

7.6.8 Schritt 7: Versuche

7.6.9 Schritt 8: Punkte

7.6.10 Schritt 9: Sound für das Spiel

7.6.11 Schritt 10: Hier spielt die Musik!

7.7 Minimieren im Vollbildmodus

7.7.1 Das Problem

7.7.2 Die Lösung

7.8 Motion-Blurring

7.9 Erweiterungsvorschläge

7.10 Ausblick

8 Das zweite Spiel

8.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

8.2 Planung

8.2.1 Das Spielprinzip und der Name des Spiels

8.2.2 Die Spielzustände

8.2.3 Die Schiffe

8.2.4 Die Waffensysteme

8.2.5 Speicherung der Informationen

8.2.6 Die Schiffssysteme

8.3 Schiffs- und Waffentypen

8.3.1 Die Struktur

8.3.2 Die Struktur

8.3.3 Laden aus der INI-Datei

8.4 Die Klasse

8.4.1 Unser bisheriger Ansatz

8.4.2 Das neue Prinzip

8.4.3 Position und Skalierung

8.4.4 Ein Fall für die Matrix!

8.4.5 Relativ zu absolut – und zurück

8.4.6 Die Physik kommt hinzu

8.4.7 Implementierung von

8.5 Der Umgang mit Schiffen

8.5.1 Die

Klasse

8.5.2 Integrierung in

8.5.3 Bewegen der Schiffe

8.5.4 Kontrolle eines Schiffs

8.5.5 Rendern der Schiffe

8.5.6 Aufschalten von Zielen

8.6 Alle Waffen abfeuern!

8.6.1 Die

Klasse

8.6.2 Feuern

8.6.3 Bewegen

8.6.4 Rendern

8.7 Sprites

8.7.1 Was sind Sprites?

8.7.2 Missbrauch der Kameraachsen

8.7.3 Die TriBase-Sprite-Engine

8.7.4 Zurück zum Spiel: Rendern der Laser

8.8 Kollisionserkennung

8.8.1 Rückblick: Umgebungskugel und Umgebungsquader

8.8.2 Das Prinzip der Kollisionserkennung

8.8.3 Kugel – Kugel

8.8.4 Linie – Kugel

8.8.5 Linie – Dreieck

8.8.6 Dreieck – Dreieck

8.8.7 Linie – Quader

8.8.8 Quader – Quader

8.8.9 Wie wir mit Modellen umgehen

8.8.10 Vorberechnungen

8.8.11 Linien und Modelle

8.8.12 Kollision zwischen zwei Modellen

8.8.13 Hardcore-Kollisionserkennung

8.8.14 Volltreffer!

8.8.15 Zusammenstoß zweier Schiffe

8.9 Auto-Aiming

8.9.1 Definition

8.9.2 Der mathematische Hintergrund

8.9.3 Die neue

Methode

8.10 „Künstliche Intelligenz“

8.10.1 Das Verhalten eines Schiffs

8.10.2 Schritt 1: Kurs auf das Ziel nehmen

8.10.3 Schritt 2: Feuern

8.10.4 Schritt 3: Ausweichmanöver bei Treffer

8.10.5 Schritt 4: Ausweichmanöver bei drohender Kollision

8.10.6 Schritt 5: Wechseln des Ziels

8.11 Partikel

8.11.1 Was Partikel sind

8.11.2 Das Partikelsystem der TriBase-Engine

8.11.3 Antriebs- und Raketenflammen

8.11.4 Explosionen

8.11.5 Aufleuchten des Schutzschilds

8.11.6 Trümmer

8.12 Weitere optische Verfeinerungen

8.12.1 Sky-Box, Licht und Nebel

8.12.2 Ein „Sternenfeld“

8.12.3 Glühen von Projektilen

8.13 Die Kamera

8.14 Das Cockpit

8.14.1 Das Cockpitmodell

8.14.2 Die Anzeigen

8.14.3 Das HUD

8.14.4 Radar

8.15 Der Sound

8.15.1 Schüsse

8.15.2 Antriebssounds

8.15.3 Der Hörer

8.16 Die Benutzeroberfläche

8.16.1 Die TriBase-Benutzeroberfläche

8.16.2 Erstellung des Hauptmenüs

8.17 Optimierungen und der Feinschliff

8.17.1 Sichtbarkeit eines Objekts

8.17.2 Render-Modell und Kollisionsmodell

8.17.3 Musik

8.17.4 Wackelndes Cockpit

8.17.5 Screenshots schießen

8.18 Erweiterungsvorschläge

8.19 Ausblick

9 Fortgeschrittene Techniken

9.1 Was Sie in diesem Kapitel erwartet

9.2 Schatten mit dem Stencil-Buffer

9.2.1 Schatten in der 3D-Grafik

9.2.2 Ansätze

9.2.3 Das Prinzip

9.2.4 Die Klasse

9.2.5 Das Beispielprogramm

9.3 Videos abspielen

9.3.1 Zielsetzung

9.3.2 Schreiben eines eigenen Filters

9.3.3 Verwenden des Filters

9.3.4 Der Back-Buffer-Mechanismus

9.3.5 Videos in den Speicher laden

9.4 Stereo-3D-Grafik

9.4.1 Das räumliche Sehen

9.4.2 Trennen der Bilder

9.4.3 Implementierung

9.4.4 Beispielprogramme

9.5 Raumaufteilung

9.5.1 Rekursives Rendern

9.5.2 PVS und Portale

9.5.3 Light-Mapping

9.5.4 Die TriBase-Klasse

9.6 Terrain-Rendering

9.6.1 Repräsentierung eines Terrains

9.6.2 Unterteilung des Terrains

9.6.3 Erzeugen der Dreiecke

9.6.4 Terrain-Rückruffunktion

9.6.5 Geo-MIP-Mapping

9.6.6 Texturierung

9.6.7 Beleuchtung

9.6.8 Das TriBase-Tool

9.7 Die Welt der Shader

9.7.1 Was ein Shader ist

9.7.2 Einsatzgebiete

9.7.3 Die fixe und die programmierbare Rendering-Pipeline

9.7.4 Ein einfacher Vertex-Shader

9.7.5 Ein einfacher Pixel-Shader

9.7.6 Praktischer Einsatz von Shadern

9.7.7 Weiterführende Quellen und Referenz

9.8 Charakteranimation

9.8.1 Das Grundprinzip

9.8.2 Skinning in Hardware

9.8.3 Skinning mit D3DX

9.8.4 Weitere Informationen

9.9 PlugIns schreiben und laden

9.9.1 DLL-Dateien explizit laden

9.9.2 Adresse einer Funktion abfragen

9.9.3 DLL-Dateien erzeugen

9.9.4 Die Kommunikation zwischen Anwendung und PlugIn

9.9.5 Das Beispielprogramm

9.10 Arbeiten mit Threads

9.10.1 Prozesse im Betriebssystem

9.10.2 Was ist ein Thread?

9.10.3 Die Thread-Funktion

9.10.4 Erzeugen eines Threads

9.10.5 Verwaltungsfunktionen

9.10.6 Thread-Synchronisierung

9.10.7 Zusammenfassung

9.11 Eine einfache Skriptsprache

9.11.1 Einsatzgebiet von Skriptsprachen

9.11.2 Ein Skript als Liste von Befehlen

9.11.3 Verwendung von Funktionszeigern

9.11.4 Übergabe von Parametern

9.11.5 Einen Thread verwenden

9.11.6 Die Klasse

9.11.7 Das Beispielprogramm

9.11.8 Fortgeschrittene Skriptsprachen

9.12 Interpolationen

9.12.1 Nachteil linearer Interpolationen

9.12.2 Hermite-Interpolation mit Tangenten

9.12.3 In zwei Richtungen – die bilineare Interpolation

9.13 Abstrakte Spiel- und Spielzustandsklassen

9.13.1 Die Spielzustandsklasse

9.13.2 Die Spielklasse

9.13.3 Die Anwendung

9.14 Fixed-Step-Spiellogik

9.14.1 Die Problematik

9.14.2 Ein Lösungsansatz

9.15 Online-Highscores und Versionskontrolle

9.15.1 Die Möglichkeiten

9.15.2 Die Realisierung

9.15.3 Internetseiten in einem C++-Programm abrufen

9.16 Ausblick

10 FAQ, Internetseiten und CD- ROM (Inhalte auf Anfrage erhältlich)

10.1 FAQ

10.2 Interessante Internetseiten

10.3 Die Programme auf der Begleit-CD-ROM

10.3.1 3Dografe

10.3.2 AC3D v5.021 Demo

10.3.3 MilkShape 3D v1.76 Demo

10.3.4 POV-Ray v3.6

10.3.5 Sound Forge 7 Demo

10.3.6 Terragen 0.943

10.3.7 Texture Maker v2.81 Demo

10.3.8 Visual Assist X Demo

10.3.9 2D-Game-Framework

10.4 Das Ende

Index

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