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◇DirectX11プログラミング -法線ベクトルとかいうのを追加する-

会社で複雑な地形データをテスト表示した時のこと
「それ法線ベクトルが反映されていませんね」
新しい専門用語キタ～('-'*)　←

簡単に説明を聞くと，面の色がマテリアルなら，その境界になる頂点の色が法線ベクトル，だそうです
これがないと，どう色を付けていけばよいのかわからないとか？('-'*)?（←まるでわかっていない）

で，どうすれば良いのか？
前より少しは成長しているので，シェーダーで処理するものならセマンティクスにあるよね？　と言うことで調べてみる
ありました。法線のセマンティクスは NORMALです
これがあると言うことは，シェーダーHLSLで記述しなければならない事項なのだとわかります
更に，セマンティクスは定数なので，『HLSL NORMAL』でググればサンプルが探せる事もわかります

どうやらインターフェースから変更する必要があるようです
頂点データに，法線ベクトルデータも付けてシェーダーに送り，ピクセルシェーダーで処理を行うようです


まずは，頂点構造体とレイアウトに法線ベクトルを追加
	//ポリゴン頂点構造体
	struct Vertex3D {
		float pos[3];	//頂点データ(x-y-z)
		float col[4];	//マテリアル(r-g-b-a)
		float tex[2];	//テクスチャー(x-y)
		float nor[3];	//法線ベクトル(x-y-z)
	};

	//頂点レイアウト
	//５番目のパラメータは先頭からのバイト数なので，COLORにはPOSITIONのfloat型4バイト×3を記述
	D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC hInElementDesc[] = {
		{ "POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
		{ "COLOR", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32A32_FLOAT, 0, 4*3, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
		{ "TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 4*3 + 4*4, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 },
		{ "NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 4*3 + 4*4 + 4*2, D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0 }
	};
PMDからの読み込みデータ中には既に法線ベクトルはあるので，セットする部分を追加
		for(int i=0; i < TYOUTEN; i++){
			hVectorData[i].pos[0] = modeldata->vertex[i].pos[0];
			hVectorData[i].pos[1] = modeldata->vertex[i].pos[1];
			hVectorData[i].pos[2] = modeldata->vertex[i].pos[2];
			hVectorData[i].col[0] = 0.0f;
			hVectorData[i].col[1] = 0.0f;
			hVectorData[i].col[2] = 0.0f;
			hVectorData[i].col[3] = 0.0f;
			hVectorData[i].tex[0] = modeldata->vertex[i].uv[0];
			hVectorData[i].tex[1] = modeldata->vertex[i].uv[1];
			hVectorData[i].nor[0] = modeldata->vertex[i].normal_vec[0];
			hVectorData[i].nor[1] = modeldata->vertex[i].normal_vec[1];
			hVectorData[i].nor[2] = modeldata->vertex[i].normal_vec[2];
		}
法線ベクトルの計算は，光が当たったところと，影になったところを表すものだそうです
なので，光源が必要です
頂点シェーダーに光源データを送れるようにします

既に，ワールド変換行列などを送っているので，そこに追加します
	struct ConstantBuffer
	{
		XMMATRIX mWorld;
		XMMATRIX mView;
		XMMATRIX mProjection;
		XMFLOAT4 mLight;
	};
メインループで，光源も送り込みます
				XMFLOAT4 LightPos = XMFLOAT4(0.0f, 40.0f, -70.0f, 1.0f);
				hConstantBuffer.mLight = LightPos;
……で，どういう計算をすればいいのか？
一番簡単なのは『平行光源』だということで，これをやってみます
太陽のように満遍なく物体に光が当たっている状態です

平行光源は，法線ベクトルと光源ベクトルとの内積だそうです('-'*)
なぜかはわからなくていいです。私もわかりません（キッパリ）　←

HLSL言語にdot関数という『２つのベクトルの内積を返す』，そのままズバリの関数が用意されています

値 = dot(法線ベクトル, 光源ベクトル);
この値を，ピクセルシェーダーでカラー値に掛け合わせればいいです


・頂点シェーダー(vs.fx)
//入力用
struct vertexIn
{
	float4 pos : POSITION0;
	float4 col : COLOR0;
	float2 tex : TEXCOORD0;
	float3 nor : NORMAL0;	//法線ベクトル
};

//出力用
struct vertexOut
{
	float4 pos : SV_POSITION;
	float4 col : COLOR;
	float2 tex : TEXCOORD0;
	float4 col2: COL2;		//計算結果をピクセルシェーダーに送る用
};

//変換用行列
cbuffer ConstantBuffer : register( b0 )
{
	matrix World;		//ワールド変換行列
	matrix View;		//ビュー変換行列
	matrix Projection;	//透視射影変換行列
	float4 Light;		//ライト
}

vertexOut vs_main(vertexIn IN)
{
	vertexOut OUT;

	//頂点処理
	OUT.pos = mul(IN.pos, World);
	OUT.pos = mul(OUT.pos, View);
	OUT.pos = mul(OUT.pos, Projection);
	OUT.col = IN.col;
	OUT.tex = IN.tex;

	//光源処理
	float3 L = normalize(Light.xyz);

	//法線ベクトル処理
	float3 nor;
	//ワールド変換
	nor = mul(IN.nor, (float3x3)World);
	nor = normalize(nor);

	//光源と法線の内積を求める
	OUT.col2 = dot(nor, L);

	return OUT;
}
次に，ピクセルシェーダーですが，マテリアルもテクスチャーもかければいいっぽいです（本当かどうかは不明）

前は明るすぎたので，強引に暗くする処理を入れていましたが，きちんと光源ができた為に不要になりました
なんかこう，スッキリした感じになりました

・ピクセルシェーダー(ps.fx)
//入力用
struct pixcelIn
{
	float4 pos : SV_POSITION;
	float4 col : COLOR;
	float2 tex : TEXCOORD0;
	float4 col2: COL2;
};

Texture2D txDiffuse : register( t0 );
SamplerState samLinear : register( s0 );

float4 ps_main(pixcelIn IN) : SV_Target
{
	pixcelIn OUT;

	OUT.col = saturate(IN.col2) * txDiffuse.Sample(samLinear, IN.tex);

	return OUT.col;
}

float4 ps_main2(pixcelIn IN) : SV_Target
{
	pixcelIn OUT;

	OUT.col = saturate(IN.col2) * IN.col;

	return OUT.col;
}

まずは，法線ベクトルを当てる前

このままで良いような気がしますが，目標はリアルなファンタジー世界なので，陰影は必要です

法線ベクトルを反映したところ

なんか光を当てたところが透けていますｗｗ
もっと光を強くするにはどうすればいいんだろうか（違
素体がきちんとあるモデルデータの服に当てないと（ぉ　←

色々調べてみたが，原因がわからなかった
要するに光源も法線も float3型なのに対して，カラーは float4型なので，一番後ろのα値部分に問題が出るのだろうと予想

頂点シェーダーの最後で，α値に 1.0fを放り込んでみた
	//光源と法線の内積を求める
	OUT.col2 = dot(nor, L);

	OUT.col2.a = 1.0f;	//α値を無効にする
	return OUT;

そうするとちょっと残念ですが透けずに陰影が付けられました

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