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Präsentation der Diplomarbeit
Fachhochschule Amberg-WeidenFachbereich Elektro-
und Informationstechnik

• Erstellung eines 3D-Funktions- zeichenprogramms
  in der Programmiersprache C unter Verwendung
  von Direct3D

von Stefan Bartmann Studiengang Elektrotechnik,
Studienschwerpunkt Multimediatechnik
Datum 27. 01.2003
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Vortragsinhalt

• Klärung der Aufgabenstellung
• Funktionsweise von Direct3D
• Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes
• Demonstration des Funktionszeichenprogrammes
• Zusammenfassung

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Klärung der Aufgabenstellung

1. Welche Art von Funktionszeichenprogramm ist zu
   erstellen?
2. Wieso eignet sich Direct3D für die Umsetzung
   eines 3D-Funktionszeichenprogramms?
3. Warum soll die Programmiersprache C verwendet
   werden?

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Welche Art von Funktionszeichenprogramm ist zu
erstellen?

• Funktionen der Form z f(x,y) als Fläche im
  Raum darstellen
• Angabe eines Zeitparameters in der
  Funktionsgleichung möglich
• Interaktivität in Echtzeit während der
  Darstellung möglich
• Skalierbarkeit
• gtMotivation Erfahren von Funktionen soll
  interaktiv möglich sein, um ein Verständnis für
  die Funktionsgleichung zu entwickeln

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Wieso eignet sich Direct3D für die Umsetzung
eines 3D-Funktionszeichenprogramms?

• DirectX kapselt den direkten Zugriff auf
  Computerhardware
• Direct3D ist Teil von DirectX und bietet
  Schnittstellen für die Ausgabe von 3D-Grafik an
• flexibel zu handhaben
• Ausnutzung der Rechenkapazität von
  Grafikbeschleunigungskarten
• gt Ausführungsgeschwindigkeit
• Voraussetzung Es muss eine Grafikkarte vorhanden
  sein, welche Hardwareunterstützung beim Zeichnen
  bietet!

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Warum soll die Programmiersprache C verwendet
werden?

• schnell
• flexibel

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Vortragsinhalt

• Klärung der Aufgabenstellung
• Funktionsweise von Direct3D
• Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes
• Demonstration des Funktionszeichenprogrammes
• Zusammenfassung

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Funktionsweise von Direct3D

• Auf folgende Aspekte soll im Anschluss
  eingegangen werden
• Im Gesamtzusammenhang auftretende Vorgänge beim
  Zeichnen mit Direct3D
• Zusammenspiel von Direct3D mit einem
  Win32-Programm
• Die Organisation der zu zeichnenden Daten
• Umrechnung des 3D-Modelles in 2D-Bildschirmkoordin
  aten

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Im Gesamtzusammenhang auftretende Vorgänge beim
Zeichnen mit Direct3D

• Hardware Abstractive Layer

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Zusammenspiel von Direct3D mit einem
Win32-Programm

• Verständigung zwischen einer Win32-Anwendung und
  DirectX wird über die COM-Schnittstelle
  abgewickelt
• Schritte, welche in einem Win32-Programm
  durchgeführt werden müssen, um mittels Direct3D
  zu zeichnen
• Erzeugen eines Fensters für die Ausgabe
• Direct3D mitteilen, welches Fenster für die
  Ausgabe verwendet werden soll
• Auswählen eines Adapters, über welchen die
  Grafikausgabe stattfinden soll
• Direct3D mitteilen, welcher Adapter für die
  Grafikausgabe gewählt wurde
• Zeichenbefehle an Direct3D übermitteln

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Die Organisation der zu zeichnenden Daten

• Direct3D mittels des FVF (Flexible Vertex Format)
  mitteilen, welche Komponenten die zu zeichnenden
  Vertices enthalten sollen
• Beispielsweise
• Position
• Normalenvektor
• Farbkomponenten
• Erzeugen von Vertexpuffern für die Ablage der
  Vertices

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Die Organisation der zu zeichnenden Daten

• Beispiel Jeweils drei im Vertexpuffer abgelegte
  Vertices werden für das Zeichnen eines Dreieckes
  herangezogen

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Umrechnung des 3D-Modelles in 2D-Bildschirmkoordin
aten

• Vertices liegen als dreidimensionale Punkte im
  Vertexpuffer vor, die Ausgabeoberfläche ist aber
  zweidimensional
• Die Betrachtungsrichtung und die Position der
  Kamera sollen beliebig sein
• gtes sind Transformationen erforderlich, welche
  durch Matrizen repräsentiert werden
• Matrix für Kameratransformation enthält
  Translation und Rotation
• Matrix für Projektionstransformation, welche
  perspektivische Abbildung von 3D nach 2D leistet
• Transformierungen werden von D3D berechnet, wenn
  dies die Grafikkarte nicht beherrscht

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Vortragsinhalt

• Klärung der Aufgabenstellung
• Funktionsweise von Direct3D
• ?Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes
• Demonstration des Funktionszeichenprogrammes
• Zusammenfassung

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Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes

• Ablaufstruktur
• Funktionsparser
• Textausgabe in das Zeichenfenster
• Koordinatenkreuz
• Benutzerinterface beinhaltet Eingaben über
• Tastatur während der Darstellung der Funktion
• Menü
• Dialoge
• Logik zur Verwaltung und Berechnung der
  Funktionsdaten

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Ablaufstruktur
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Funktionsparser

• Übernommen und Angepasst an eigene Bedürfnisse
• Wiederholtes Berechnen kann beschleunigt
  ausgeführt werden
• Unterstützte Operaden
• - /
• Unterstützte Funktionen
• sin asin cos acos tan atan sqrt
  log log10

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Logik zur Verwaltung und Berechnung der
Funktionsdaten

• Vertices werden in einem Dreiecksraster
  vorausberechnet

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...
Logik zur Verwaltung und Berechnung der
Funktionsdaten

• Zeitparameter
• Für jeden darzustellenden Zeitpunkt muss die
  Funktion berechnet werden
• Der Vertexpuffer muss für jeden Zeitpunkt neu
  belegt werden

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Vortragsinhalt

• Klärung der Aufgabenstellung
• Funktionsweise von Direct3D
• Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes
• ? Demonstration des Funktionszeichenprogrammes
• Zusammenfassung

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Vortragsinhalt

• Klärung der Aufgabenstellung
• Funktionsweise von Direct3D
• Bestandteile des Funktionszeichenprogrammes
• Demonstration des Funktionszeichenprogrammes
• ? Zusammenfassung

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Zusammenfassung

• Nutzen des Funktionsplotters
• Hilfe fehlt
• Mögliche Verbesserungen des Funktionszeichenprogra
  mmes
• Einsatz von Echtzeitbeleuchtungseffekten
• Einbau einer Kollisionsabfrage
• Erweiterung der Autopilot-Möglichkeiten