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その７

第7章：Simple3D.hlslで深度比較して影を出す

この章でやること

Simple3D.hlsl のピクセルシェーダーで、シャドウマップを読んで影を判定します。

この章で初めて画面に影が出ます。 ただし影のエッジはジャギー（ギザギザ）になります。 なめらかにするのは第8章で行います。

この章でのコード変更点

ファイル 変更内容
Stage.cpp メインパスの前後にシャドウマップSRVをセット／解除
Simple3D.hlsl g_shadowMap・g_shadowSampler の宣言を追加
Simple3D.hlsl cbuffer gStage に matLightVP を追加
Simple3D.hlsl PS() に影判定コードを追加

1 Stage.cpp：シャドウマップSRVをセットする

ここでは何をするか

メインパスの描画前に、第3章で作ったシャドウマップのテクスチャをピクセルシェーダーの t1 に渡します。 描画後は必ず解除します。

なぜ解除が必要か

解除しないと次のフレームで同じテクスチャを書き込み用（DSV）と読み込み用（SRV）の両方にバインドしようとして DirectX が警告を出し、正常に動作しなくなります。

Before（Stage.cpp の Draw() メインパス部分）

Model::Draw(hball_);
Model::Draw(hRoom_);
Model::Draw(hDonut_);

After

// シャドウマップを t1 にセット
ID3D11ShaderResourceView* pShadowSRV = Direct3D::GetShadowMapSRV();
Direct3D::pContext->PSSetShaderResources(1, 1, &pShadowSRV);

Model::Draw(hball_);
Model::Draw(hRoom_);
Model::Draw(hDonut_);

// 描画後は必ず解除する
ID3D11ShaderResourceView* nullSRV = nullptr;
Direct3D::pContext->PSSetShaderResources(1, 1, &nullSRV);

2 Simple3D.hlsl：宣言を追加する

ここでは何をするか

シャドウマップを読むためのテクスチャ変数とサンプラーを宣言します。 あわせて cbuffer gStage に matLightVP を追加します。 C++ 側は第6章ですでに送っています。シェーダー側の受け口を追加するだけです。

Before（宣言部）

Texture2D    g_texture : register(t0);
SamplerState g_sampler : register(s0);

After

Texture2D    g_texture       : register(t0);
SamplerState g_sampler       : register(s0);
Texture2D    g_shadowMap     : register(t1);
SamplerState g_shadowSampler : register(s1);

Before（cbuffer gStage）

cbuffer gStage : register(b1)
{
    float4 lightPosition;
    float4 eyePosition;
    int    lightType;
    float3 _pad;
};

After

cbuffer gStage : register(b1)
{
    float4             lightPosition;
    float4             eyePosition;
    int                lightType;
    float3             _pad;
    row_major float4x4 matLightVP;
};

3 Simple3D.hlsl：PS() に影判定を追加する

ここでは何をするか

今描いているピクセルが「ライトから見えているか（明るい）」 「見えていないか（影）」を判定して、色に掛けます。

判定の手順

  1. ワールド座標をライト視点のクリップ座標に変換する
  2. クリップ座標をシャドウマップのUV座標に変換する
  3. シャドウマップから「ライトに一番近いZ値」を読む
  4. 今のピクセルのZ値と比べる 今のピクセルの方が奥 → 手前に何かある → 影

After（PS() の return color の直前に追加）

float shadow = 1.0;

float4 lightClipPos = mul(inData.wpos, matLightVP);

float2 shadowUV;
shadowUV.x =  lightClipPos.x / lightClipPos.w * 0.5 + 0.5;
shadowUV.y = -lightClipPos.y / lightClipPos.w * 0.5 + 0.5;

if (shadowUV.x >= 0.0 && shadowUV.x <= 1.0 &&
    shadowUV.y >= 0.0 && shadowUV.y <= 1.0)
{
    float currentDepth = lightClipPos.z / lightClipPos.w;
    float bias = 0.015;

    float shadowDepth = g_shadowMap.Sample(g_shadowSampler, shadowUV).r;
    shadow = (currentDepth - bias <= shadowDepth) ? 1.0 : 0.0;
}

color *= (0.3 + 0.7 * shadow);

bias（バイアス）とは

シャドウマップのZ値には浮動小数点の誤差があります。 バイアスなしだと、自分自身の表面が「自分より奥にある」と誤判定されて ノイズのような影が全面に出ます（セルフシャドウ）。 bias = 0.015 は「少しだけ手前のものは影にしない」という調整値です。

ビルド確認

  • ビルドが通る
  • ドーナツが床や部屋に影を落とす
  • WASD / 上下キーでライト方向を変えると影も動く
  • 影のエッジがジャギー（ギザギザ）になる → 第8章で改善する

推奨コミット

git add Stage.cpp Simple3D.hlsl
git commit -m "chapter7: ピクセルシェーダーで影判定を追加"
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