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Los shaders son programas que se ejecutan en la GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) y son fundamentales para el renderizado en tiempo real en DirectX. En este módulo, aprenderás qué son los shaders, por qué son importantes y cómo se utilizan en DirectX.

¿Qué es un Shader?

Un shader es un pequeño programa que se ejecuta en la GPU y se utiliza para realizar cálculos relacionados con el renderizado de gráficos. Los shaders permiten a los desarrolladores controlar cómo se dibujan los píxeles y los vértices en la pantalla, proporcionando una gran flexibilidad y poder para crear efectos visuales complejos.

Tipos de Shaders

Vertex Shaders: Procesan cada vértice individualmente. Se utilizan para transformar las coordenadas de los vértices y realizar operaciones como la iluminación y la animación.
Pixel Shaders: Procesan cada píxel individualmente. Se utilizan para determinar el color final de los píxeles, aplicando texturas, iluminación y otros efectos.
Geometry Shaders: Procesan primitivas completas (como triángulos) y pueden generar nuevas primitivas.
Compute Shaders: No están directamente relacionados con el pipeline de renderizado, pero se utilizan para realizar cálculos generales en la GPU.

¿Por Qué Son Importantes los Shaders?

Los shaders son esenciales porque permiten a los desarrolladores:

Personalizar el Renderizado: Controlar cómo se dibujan los objetos en la pantalla.
Optimizar el Rendimiento: Realizar cálculos en la GPU, que es más eficiente para ciertas tareas que la CPU.
Crear Efectos Visuales Complejos: Implementar técnicas avanzadas de iluminación, texturización y post-procesamiento.

Estructura Básica de un Shader

Los shaders se escriben en HLSL (High-Level Shading Language) en DirectX. Aquí tienes un ejemplo básico de un vertex shader y un pixel shader:

Vertex Shader

struct VS_INPUT {
    float4 Pos : POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

struct PS_INPUT {
    float4 Pos : SV_POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

PS_INPUT VS(VS_INPUT input) {
    PS_INPUT output;
    output.Pos = input.Pos;
    output.Color = input.Color;
    return output;
}

Explicación del Vertex Shader

VS_INPUT: Estructura que define la entrada del vertex shader. Contiene la posición y el color del vértice.
PS_INPUT: Estructura que define la salida del vertex shader. Contiene la posición transformada y el color.
VS: Función del vertex shader que toma un VS_INPUT y devuelve un PS_INPUT. En este caso, simplemente pasa los datos de entrada a la salida sin modificaciones.

Pixel Shader

struct PS_INPUT {
    float4 Pos : SV_POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

float4 PS(PS_INPUT input) : SV_TARGET {
    return input.Color;
}

Explicación del Pixel Shader

PS_INPUT: Estructura que define la entrada del pixel shader. Contiene la posición y el color del píxel.
PS: Función del pixel shader que toma un PS_INPUT y devuelve un color (float4). En este caso, simplemente devuelve el color de entrada.

Compilación y Uso de Shaders

Para utilizar shaders en tu aplicación DirectX, necesitas compilarlos y cargarlos en tu programa. Aquí tienes un ejemplo de cómo hacerlo en C++:

Compilación del Shader

ID3DBlob* vertexShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* pixelShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* errorBlob = nullptr;

HRESULT hr = D3DCompileFromFile(L"shader.hlsl", nullptr, nullptr, "VS", "vs_5_0", 0, 0, &vertexShaderBlob, &errorBlob);
if (FAILED(hr)) {
    if (errorBlob) {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    // Manejo de errores
}

hr = D3DCompileFromFile(L"shader.hlsl", nullptr, nullptr, "PS", "ps_5_0", 0, 0, &pixelShaderBlob, &errorBlob);
if (FAILED(hr)) {
    if (errorBlob) {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    // Manejo de errores
}

Creación del Shader

ID3D11VertexShader* vertexShader = nullptr;
ID3D11PixelShader* pixelShader = nullptr;

hr = device->CreateVertexShader(vertexShaderBlob->GetBufferPointer(), vertexShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &vertexShader);
if (FAILED(hr)) {
    // Manejo de errores
}

hr = device->CreatePixelShader(pixelShaderBlob->GetBufferPointer(), pixelShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &pixelShader);
if (FAILED(hr)) {
    // Manejo de errores
}

Configuración del Pipeline

context->VSSetShader(vertexShader, nullptr, 0);
context->PSSetShader(pixelShader, nullptr, 0);

Ejercicio Práctico

Ejercicio 1: Crear un Shader Básico

Escribe un vertex shader que transforme las coordenadas de los vértices.
Escribe un pixel shader que aplique un color uniforme a todos los píxeles.
Compila y carga los shaders en tu aplicación DirectX.
Configura el pipeline para usar los shaders y renderiza un triángulo.

Solución del Ejercicio

Vertex Shader

struct VS_INPUT {
    float4 Pos : POSITION;
};

struct PS_INPUT {
    float4 Pos : SV_POSITION;
};

PS_INPUT VS(VS_INPUT input) {
    PS_INPUT output;
    output.Pos = input.Pos;
    return output;
}

Pixel Shader

struct PS_INPUT {
    float4 Pos : SV_POSITION;
};

float4 PS(PS_INPUT input) : SV_TARGET {
    return float4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // Color rojo
}

Código C++ para Compilar y Usar los Shaders

// Compilación
ID3DBlob* vertexShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* pixelShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* errorBlob = nullptr;

HRESULT hr = D3DCompileFromFile(L"shader.hlsl", nullptr, nullptr, "VS", "vs_5_0", 0, 0, &vertexShaderBlob, &errorBlob);
if (FAILED(hr)) {
    if (errorBlob) {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    // Manejo de errores
}

hr = D3DCompileFromFile(L"shader.hlsl", nullptr, nullptr, "PS", "ps_5_0", 0, 0, &pixelShaderBlob, &errorBlob);
if (FAILED(hr)) {
    if (errorBlob) {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    // Manejo de errores
}

// Creación
ID3D11VertexShader* vertexShader = nullptr;
ID3D11PixelShader* pixelShader = nullptr;

hr = device->CreateVertexShader(vertexShaderBlob->GetBufferPointer(), vertexShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &vertexShader);
if (FAILED(hr)) {
    // Manejo de errores
}

hr = device->CreatePixelShader(pixelShaderBlob->GetBufferPointer(), pixelShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &pixelShader);
if (FAILED(hr)) {
    // Manejo de errores
}

// Configuración del Pipeline
context->VSSetShader(vertexShader, nullptr, 0);
context->PSSetShader(pixelShader, nullptr, 0);

Conclusión

En esta lección, has aprendido qué son los shaders, los diferentes tipos de shaders y cómo se utilizan en DirectX. También has visto ejemplos prácticos de cómo escribir, compilar y usar shaders en tu aplicación. En la próxima lección, profundizaremos en la escritura de vertex shaders y cómo pueden transformar las coordenadas de los vértices para crear efectos visuales más complejos.

Introducción a los Shaders

¿Qué es un Shader?

Tipos de Shaders

¿Por Qué Son Importantes los Shaders?

Estructura Básica de un Shader

Vertex Shader

Explicación del Vertex Shader

Pixel Shader

Explicación del Pixel Shader

Compilación y Uso de Shaders

Compilación del Shader

Creación del Shader

Configuración del Pipeline

Ejercicio Práctico

Ejercicio 1: Crear un Shader Básico

Solución del Ejercicio

Vertex Shader

Pixel Shader

Código C++ para Compilar y Usar los Shaders

Conclusión

Curso de Programación DirectX

Módulo 1: Introducción a DirectX

Módulo 2: Conceptos Básicos de Direct3D

Módulo 3: Trabajando con Shaders

Módulo 4: Técnicas Avanzadas de Renderizado

Módulo 5: Modelos 3D y Animación

Módulo 6: Optimización del Rendimiento

Módulo 7: Temas Avanzados

Módulo 8: DirectX en la Práctica