基于Visual C# 的DirectX开发实例.pdf

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基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云 QQ：289700062 第 1 页共 199 页 Email:xwebsite@163.com

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云基于 Visual C# 的 DirectX 开发实例三峡大学水利与环境学院肖泽云前言 DirectX 是开发三维场景的利器，也是目前大多三维游戏采用的开发平台。国内外关于 DirectX 开发的书籍不是非常多，而且大多数书籍都是针对 Visual C++语言来介绍的。在安装 DirectX SDK 时可以选择安装例子和教程，微软为开发者提供了许多较为实用的例子供大家学习。本文结合计算机三维图形学和 DirectX 的开发帮助，并参考国内外关于 DirectX 开发的书籍和网站资料等，主要介绍如何采用 Visual C# 语言对 DirectX 进行三维图形开发。本文共分十六章，以“由易到难、由简单到复杂”为主线，以介绍 DirectX 开发方法为主，并穿插介绍相关的计算机三维图形知识等。限于作者水平有限，文中难免存在错误和缺点，敬请读者朋友不吝指正。肖泽云 2010 年 3 月注意：文中对应的例子文件存放在 Project 文件夹中，Media 文件夹中的文件为各例子可能要用到资源文件（如图片、模型等）。如果读者不想安装 DirectX SDK，而又需要运行程序，请安装 DirectX Runtime或直接将 Project 文件夹下的 CommonDLL 文件夹中的文件复制到运行程序的同目录下，如复制 CommonDLL 文件夹中的所有文件到 “ \Project\04 绘制一个三角形 \绘制一个三角形 \bin\Debug”目录下，即可运行和开发程序。作者联系地址：湖北省宜昌市三峡大学水利与环境学院邮编：443002 Email: xwebsite@163.com QQ : 289700062 QQ：289700062 第 2 页共 199 页 Email:xwebsite@163.com

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云目录一、配置环境...................................................................................................................................1 二、DirectX 9.0 简介......................................................................................................................2 三、第一个 DirectX 程序................................................................................................................3 1、新建项目.............................................................................................................................3 2、新建项.................................................................................................................................3 3、添加窗体.............................................................................................................................4 4、添加引用.............................................................................................................................4 5、定义全局变量.....................................................................................................................5 6、设置窗体初始状态.............................................................................................................5 7、定义初始化函数.................................................................................................................5 8、定义渲染函数.....................................................................................................................6 9、定义程序入口.....................................................................................................................6 10、设置运行方式...................................................................................................................6 四、绘制一个三角形.......................................................................................................................8 五、摄像机基础...............................................................................................................................9 1、定义视图变换.....................................................................................................................9 2、定义投影变换.....................................................................................................................9 3、设置绘图设备投影及视图矩阵.......................................................................................10 4、绘制三角形.......................................................................................................................10 5、显示线框...........................................................................................................................13 六、输入事件.................................................................................................................................14 1、键盘输入...........................................................................................................................14 2、鼠标输入...........................................................................................................................15 七、二维显示.................................................................................................................................19 1、显示图片...........................................................................................................................19 2、二维图片动画...................................................................................................................22 3、显示二维文字...................................................................................................................23 八、矩阵应用.................................................................................................................................25 1、常用矩阵及算法...............................................................................................................25 2、视图矩阵...........................................................................................................................27 3、透视投影矩阵...................................................................................................................29 4、仿射投影矩阵...................................................................................................................36 5、常用矩阵变换...................................................................................................................38 九、四元数理论及其应用.............................................................................................................42 1、四元数定义.......................................................................................................................42 2、四元数运算.......................................................................................................................42 3、四元数的共轭、矩、迹、模、倒数...............................................................................42 QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 3 页

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云 4、四元数的三角形式...........................................................................................................43 5、在三维计算机图形中的应用...........................................................................................44 十、摄像机变换.............................................................................................................................46 1、准备场景...........................................................................................................................46 2、旋转摄像机.......................................................................................................................53 3、通过键盘控制摄像机旋转...............................................................................................54 4、通过键盘控制摄像机缩放...............................................................................................57 5、通过鼠标控制摄像机旋转...............................................................................................59 6、通过鼠标滚轮控制摄像机缩放.......................................................................................60 7、通过鼠标控制摄像机移动...............................................................................................61 十一、地形.....................................................................................................................................64 1、索引编号...........................................................................................................................64 2、规则三角网.......................................................................................................................67 3、通过高度图生成三角网...................................................................................................69 4、地形贴图...........................................................................................................................70 5、设置深度缓冲...................................................................................................................72 十二、三维显示控件设计.............................................................................................................75 1、准备工作...........................................................................................................................75 2、上一视图与下一视图.......................................................................................................85 3、附视图、左视图及前视图的实现...................................................................................86 4、常用浏览功能...................................................................................................................89 5、工具栏控件.......................................................................................................................92 十三、绘制基本图元.....................................................................................................................99 1、绘制离散点.....................................................................................................................100 2、绘制分段直线.................................................................................................................102 3、绘制折线.........................................................................................................................103 4、绘制独立三角形.............................................................................................................104 5、绘制扇形三角形.............................................................................................................106 6、绘制三角形带.................................................................................................................107 7、四种绘制图元方法比较.................................................................................................109 8、绘制六面体.....................................................................................................................120 9、绘制球体.........................................................................................................................123 10、绘制圆...........................................................................................................................128 11、绘制圆锥.......................................................................................................................134 12、绘制圆柱.......................................................................................................................139 十四、Mesh 网格.........................................................................................................................146 1、创建基本几何体网格.....................................................................................................146 2、使用构造函数创建网络.................................................................................................150 3、从文件导入网格.............................................................................................................156 4、导入 X 文件的网格贴图.................................................................................................156 QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 4 页

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云 5、将网格导出为 X 文件.....................................................................................................158 6、三维字体.........................................................................................................................159 7、子集、属性、邻接、复制.............................................................................................160 8、渐进网格.........................................................................................................................163 9、世界矩阵.........................................................................................................................165 十五、碰撞检测...........................................................................................................................168 1、包围体.............................................................................................................................168 2、点击射线.........................................................................................................................174 3、拾取对象.........................................................................................................................176 十六、材质、贴图与灯光...........................................................................................................182 1、材质.................................................................................................................................182 2、贴图.................................................................................................................................184 3、灯光.................................................................................................................................190 QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 5 页

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云一、配置环境首先，需要安装 Visual C#，VS 2003、VS 2005或 Express 版都可以。然后再安装 DirectX SDK，本文中所配置的环境为 VS 2005 和 DirectX 9.0（April 2006）。目前 DirectX 的最新版本是 DirectX 11，下载的网址： http://www.microsoft.com/downloads/en/resultsForCategory.aspx?displaylang=en&categor yId=2&stype=n_dc QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 1 页

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云二、DirectX 9.0 简介 Microsoft DirectX 是一套用于创建游戏和多媒体程序的底层应用程序接口（API），它支持高性能的二维和三维图形显示、声音以及输入等。 DirectX 开发的首推工具是 C++，但是由于程序语言的不断发展以及程序员自身的编程习惯，有很多程序员仍然习惯使用 C#、VB。尽管到了.Net 时代，这些语言开发的程序本身没有太大区别，但是各种语言仍有很多爱好者。为了使得各种语言都能开发 DirectX，所有 DirectX 9.0 中实行托管代码。开发者能够用托管代码来充分利用 DirectX 的多媒体功能和硬件加速功能。DirectX 9.0的托管代码也能充分实现非托管的原始功能。下面就是 DirectX 9.0 所支持的托管代码语言： Microsoft Visual C# Microsoft Visual Basic.NET Microsoft Visual C++ Microsoft JScript .NET 托管的 DirectX 主要有以下部分组成： Direct3D Graphics DirectDraw DirectInput DirectPlay DirectSound Audio Video Playback QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 2 页

基于 Visual C#的 DirectX 开发实例水利与环境学院肖泽云三、第一个 DirectX 程序 1、新建项目新建一个 Visual C#空项目，设置其项目名称为“第一个 DirectX 程序”，如下图所示： 2、新建项在解决方案资源管理器中选择项目名称并点击右键，选择“添加——新建项”来添加一个新的文件，如下图所示： QQ：289700062 Email:xwebsite@163.com 第 3 页

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