Introducción

Los Pixel Shaders, también conocidos como Fragment Shaders, son programas que se ejecutan en cada píxel de una imagen renderizada. Su principal función es determinar el color final de cada píxel, permitiendo efectos visuales avanzados como iluminación, sombras, texturas y más. En este tema, aprenderemos a escribir y utilizar Pixel Shaders en DirectX.

Conceptos Clave

Pixel Shader: Un programa que se ejecuta en la GPU para calcular el color de cada píxel.
HLSL (High-Level Shader Language): El lenguaje de programación utilizado para escribir shaders en DirectX.
Entrada y Salida del Shader: Los datos que recibe y produce el shader.
Compilación del Shader: El proceso de convertir el código HLSL en un formato que la GPU pueda ejecutar.

Estructura de un Pixel Shader

Un Pixel Shader en HLSL tiene una estructura básica que incluye la declaración de entradas, el cuerpo del shader y la salida. A continuación, se muestra un ejemplo simple:

// Estructura de entrada del Pixel Shader
struct PSInput {
    float4 position : SV_POSITION;
    float4 color : COLOR;
};

// Pixel Shader
float4 main(PSInput input) : SV_TARGET {
    return input.color;
}

Explicación del Código

PSInput: Una estructura que define las entradas del Pixel Shader. En este caso, incluye la posición y el color del píxel.
main: La función principal del Pixel Shader. Recibe un PSInput y devuelve un float4 que representa el color del píxel.
SV_POSITION y COLOR: Semánticas que indican el propósito de los datos. SV_POSITION es la posición del píxel en la pantalla, y COLOR es el color del píxel.
SV_TARGET: La semántica de salida que indica que el valor devuelto es el color final del píxel.

Ejemplo Práctico: Aplicando una Textura

Vamos a escribir un Pixel Shader que aplica una textura a un objeto. Primero, necesitamos una estructura de entrada que incluya las coordenadas de la textura:

// Estructura de entrada del Pixel Shader
struct PSInput {
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 texCoord : TEXCOORD0;
};

// Textura y sampler
Texture2D texture0 : register(t0);
SamplerState sampler0 : register(s0);

// Pixel Shader
float4 main(PSInput input) : SV_TARGET {
    return texture0.Sample(sampler0, input.texCoord);
}

Explicación del Código

texCoord: Coordenadas de la textura que se utilizan para mapear la textura al objeto.
Texture2D y SamplerState: Objetos que representan la textura y el sampler, respectivamente. register(t0) y register(s0) indican los registros donde se almacenan.
texture0.Sample: Función que toma el sampler y las coordenadas de la textura para devolver el color correspondiente.

Compilación y Uso del Pixel Shader

Para utilizar el Pixel Shader en tu aplicación DirectX, necesitas compilarlo y configurarlo en tu pipeline de renderizado. Aquí hay un ejemplo de cómo hacerlo en C++:

// Compilar el Pixel Shader
ID3DBlob* psBlob = nullptr;
D3DCompileFromFile(L"PixelShader.hlsl", nullptr, nullptr, "main", "ps_5_0", 0, 0, &psBlob, nullptr);

// Crear el Pixel Shader
ID3D11PixelShader* pixelShader = nullptr;
device->CreatePixelShader(psBlob->GetBufferPointer(), psBlob->GetBufferSize(), nullptr, &pixelShader);

// Configurar el Pixel Shader en el pipeline
context->PSSetShader(pixelShader, nullptr, 0);

Explicación del Código

D3DCompileFromFile: Función que compila el shader desde un archivo HLSL.
CreatePixelShader: Método del dispositivo Direct3D para crear el Pixel Shader.
PSSetShader: Método del contexto de dispositivo para configurar el Pixel Shader en el pipeline de renderizado.

Ejercicio Práctico

Ejercicio 1: Crear un Pixel Shader que Aplique un Color Gradiente

Escribe un Pixel Shader que aplique un color gradiente basado en las coordenadas de la textura.
Compila y utiliza el Pixel Shader en tu aplicación DirectX.

Solución

// Estructura de entrada del Pixel Shader
struct PSInput {
    float4 position : SV_POSITION;
    float2 texCoord : TEXCOORD0;
};

// Pixel Shader
float4 main(PSInput input) : SV_TARGET {
    float4 color = float4(input.texCoord.x, input.texCoord.y, 0.0f, 1.0f);
    return color;
}

Explicación del Código

float4 color: Calcula el color basado en las coordenadas de la textura. input.texCoord.x y input.texCoord.y se utilizan para crear un gradiente.

Conclusión

En esta sección, hemos aprendido a escribir Pixel Shaders en HLSL, aplicar texturas y compilar shaders en una aplicación DirectX. Los Pixel Shaders son una herramienta poderosa para crear efectos visuales avanzados y personalizar el renderizado de tus aplicaciones. En el próximo módulo, exploraremos técnicas avanzadas de renderizado para llevar tus habilidades al siguiente nivel.

Escribiendo Pixel Shaders

Introducción

Conceptos Clave

Estructura de un Pixel Shader

Explicación del Código

Ejemplo Práctico: Aplicando una Textura

Explicación del Código

Compilación y Uso del Pixel Shader

Explicación del Código

Ejercicio Práctico

Ejercicio 1: Crear un Pixel Shader que Aplique un Color Gradiente

Solución

Explicación del Código

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