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Compilando y Usando Shaders

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En este tema, aprenderemos cómo compilar y utilizar shaders en DirectX. Los shaders son programas que se ejecutan en la GPU y son esenciales para el renderizado de gráficos avanzados. Nos enfocaremos en los shaders más comunes: vertex shaders y pixel shaders.

  1. Introducción a la Compilación de Shaders

¿Qué es la Compilación de Shaders?

La compilación de shaders es el proceso de convertir el código fuente del shader en un formato binario que la GPU pueda ejecutar. Este proceso es similar a la compilación de código fuente en un lenguaje de programación como C++.

Herramientas de Compilación

DirectX proporciona herramientas y APIs para compilar shaders. La más común es el compilador de HLSL (High-Level Shader Language), que se utiliza para convertir el código HLSL en bytecode que la GPU puede ejecutar.

  1. Escribiendo un Shader Básico

Vertex Shader

Un vertex shader procesa cada vértice de un modelo 3D. Aquí hay un ejemplo básico de un vertex shader en HLSL:

// Vertex Shader
struct VS_INPUT {
    float4 Pos : POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

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

VS_OUTPUT main(VS_INPUT input) {
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = input.Pos;
    output.Color = input.Color;
    return output;
}

Pixel Shader

Un pixel shader procesa cada píxel que se va a renderizar. Aquí hay un ejemplo básico de un pixel shader en HLSL:

// Pixel Shader
struct PS_INPUT {
    float4 Pos : SV_POSITION;
    float4 Color : COLOR;
};

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

  1. Compilando Shaders

Usando D3DCompile

DirectX proporciona la función D3DCompile para compilar shaders. Aquí hay un ejemplo de cómo usar esta función en C++:

#include <d3dcompiler.h>

// Compilar el shader
ID3DBlob* vertexShaderBlob = nullptr;
ID3DBlob* errorBlob = nullptr;

HRESULT hr = D3DCompile(
    shaderCode, // Código fuente del shader
    strlen(shaderCode), // Longitud del código fuente
    nullptr, // Nombre del archivo (opcional)
    nullptr, // Definiciones de macros (opcional)
    nullptr, // Incluidor (opcional)
    "main", // Nombre de la función de entrada
    "vs_5_0", // Perfil del shader (vertex shader 5.0)
    0, // Flags de compilación
    0, // Flags de efectos
    &vertexShaderBlob, // Blob de salida del shader compilado
    &errorBlob // Blob de salida de errores
);

if (FAILED(hr)) {
    if (errorBlob) {
        OutputDebugStringA((char*)errorBlob->GetBufferPointer());
        errorBlob->Release();
    }
    if (vertexShaderBlob) {
        vertexShaderBlob->Release();
    }
    return hr;
}

Creando el Shader en DirectX

Una vez que el shader está compilado, podemos crear el shader en DirectX:

ID3D11VertexShader* vertexShader = nullptr;
hr = device->CreateVertexShader(
    vertexShaderBlob->GetBufferPointer(),
    vertexShaderBlob->GetBufferSize(),
    nullptr,
    &vertexShader
);

if (FAILED(hr)) {
    vertexShaderBlob->Release();
    return hr;
}

  1. Usando Shaders en la Aplicación

Configurando el Pipeline de Renderizado

Para usar los shaders en nuestra aplicación, debemos configurar el pipeline de renderizado:

// Configurar el vertex shader
context->VSSetShader(vertexShader, nullptr, 0);

// Configurar el pixel shader
context->PSSetShader(pixelShader, nullptr, 0);

Dibujando con Shaders

Finalmente, podemos dibujar nuestros objetos usando los shaders configurados:

context->DrawIndexed(indexCount, 0, 0);

  1. Ejercicio Práctico

Ejercicio

  1. Escribe un vertex shader que transforme los vértices de un modelo 3D usando una matriz de transformación.
  2. Escribe un pixel shader que aplique un color uniforme a todos los píxeles.
  3. Compila y usa estos shaders en una aplicación DirectX para renderizar un cubo.

Solución

Vertex Shader

cbuffer Transform : register(b0) {
    matrix WorldViewProjection;
};

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

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

VS_OUTPUT main(VS_INPUT input) {
    VS_OUTPUT output;
    output.Pos = mul(input.Pos, WorldViewProjection);
    output.Color = input.Color;
    return output;
}

Pixel Shader

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

float4 main(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

// Compilar y crear el vertex shader
ID3DBlob* vertexShaderBlob = nullptr;
D3DCompile(vertexShaderCode, strlen(vertexShaderCode), nullptr, nullptr, nullptr, "main", "vs_5_0", 0, 0, &vertexShaderBlob, nullptr);
device->CreateVertexShader(vertexShaderBlob->GetBufferPointer(), vertexShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &vertexShader);

// Compilar y crear el pixel shader
ID3DBlob* pixelShaderBlob = nullptr;
D3DCompile(pixelShaderCode, strlen(pixelShaderCode), nullptr, nullptr, nullptr, "main", "ps_5_0", 0, 0, &pixelShaderBlob, nullptr);
device->CreatePixelShader(pixelShaderBlob->GetBufferPointer(), pixelShaderBlob->GetBufferSize(), nullptr, &pixelShader);

// Configurar el pipeline de renderizado
context->VSSetShader(vertexShader, nullptr, 0);
context->PSSetShader(pixelShader, nullptr, 0);

// Dibujar el cubo
context->DrawIndexed(indexCount, 0, 0);

Conclusión

En esta sección, hemos aprendido cómo escribir, compilar y usar shaders en DirectX. Los shaders son una parte fundamental del renderizado en tiempo real y nos permiten crear efectos visuales avanzados. Con estos conocimientos, estamos listos para explorar técnicas más avanzadas de renderizado en los siguientes módulos.

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