Ｚバッファの使い方

　なんか、α合成、混合要素、αテストに続いて機能の説明と使い方が続いてますね。エフェクトな話ももっとしないと。後で連続でやってみたいなぁ。

　Ｚバッファの使い方、と言っても初期化の方法などは書きません。ここはそういうページじゃないので、マニュアルやヘルプを見てください。SDKのD3DFrame.cppなんて参考になるかと。

　なお、PowerVR系ではできるかどうかわからない話ばっかりです。どうなんでしょう？

　まずＺバッファ法の説明。ポリゴンを描画する時一緒にＺバッファと呼ばれるメモリにもＺ値（視点からの距離）を書き込みます。そして新たにポリゴン描画する時に、Ｚバッファを使って前書いたポリゴンと今書こうとしているポリゴンのＺ値をピクセル（ドット）毎に比較（Ｚテスト）して、描画しようとするポリゴンのＺ値の方が小さい（前書いたポリゴンのピクセルより手前に来ている）なら描画し、大きい（前のポリゴンより奥）なら描画しないという手法です。
この説明だとちょっとわかりにくいですね。

　この方法を使えば、ポリゴンにめり込んだポリゴンとかもできます。それに、どんな描画順でも結果は変わらないので描画順を気にする必要も無いです。

　欠点は、半透明の物体が苦手な事。描画順は関係ないと書きましたが、半透明となると話は別です。Ｚバッファを使うと、描画順によっては、半透明で向こうが透けて見えるはずの物まで見えなくなります。半透明の場合は、Ｚソートで奥から手前の順番に描画されるようにすると正しく描画できます。この時Ｚバッファへの書き込みはしないように。まぁＺソートしなくてもそれほど変になる訳では無いです。
加算合成なら奥だろうと手前だろうと描画順番は関係ありません。

　今回はＺバッファ法ではなくＺバッファの方に注目してみます。

ティーポットを描画

その時のＺバッファの内容。
Ｚ値は一番手前が0.0、奥が1.0なので
画像にすると奥ほど白く、手前ほど黒い

　
わかりやすく、色を反転して
コントラストを上げてみた。
色を反転したので奥ほど黒い

　ちなみにDirect3DはＺ値を小数で扱いますが、実際にＺバッファに書き込まれている内容は整数です。Ｗバッファを使うと小数ですが。

　Direct3DのＺテストは、何も”Dest（ＺバッファのＺ値） >= Src（これから書こうとするポリゴンのＺ値）の時に描画”に固定されてる訳ではありません。αテスト同様、いろいろな比較方法を選択できます。

D3DCMP_NEVER

D3DCMP_LESS

D3DCMP_EQUAL

D3DCMP_LESSEQUAL

D3DCMP_GREATER

D3DCMP_NOTEQUAL

D3DCMP_GREATEREQUAL

D3DCMP_ALWAYS

常に失敗

Dest > Src の時成功

Dest == Src の時成功

Dest >= Src の時成功

Dest < Src の時成功

Dest != Src の時成功

Dest <= Src の時成功

常に成功

　なんか、どこかで見た表ですね。って前回見たばっかりですが。前回のαテストの時と同じ、D3DCMPFUNC列挙型を使います。設定方法も前回説明したαテストと同様です。

というわけで今回も、以下D3DRENDERSTATE_とD3DCMP_を略します、便宜上。

　デフォルト値はLESSEQUALで、Srcの方が手前もしくは同じ時だけ描画するようにしています。LESSじゃなくてLESSEQUALなのは、マルチパステクスチャブレンディング（描画したポリゴンの上に同じ大きさ・形・位置で別の色・テクスチャのポリゴンを重ねて描画する手法）のためでしょう。マルチパステクスチャについてはこの次書くつもりの「マルチなテクスチャ」でちゃんと説明するつもりです。マルチプルテクスチャとの違いとかも。……また機能の説明と使い方ですね。

　話が逸れました。
さて、果たしてＺテストの比較関数を変える意味はあるんでしょうか？GREATERを使ったらポリゴンの奥にめり込んだポリゴンしか書かなくなるし、EQUALなんて一体何に使えるのか……。比較関数を変えたところで実用性があるのか？

　正直言って、LESSEQUALで大体事足ります、普通の使い方をする限りは。

　EQUALの使い方としては、ほとんどは何か書いた後に重ねて書くのに使うでしょう。じゃないと描画されないし。やっぱりマルチテクスチャのような使い方が一番多いでしょうね。LESSEQUALではなくEQUALを使わなければいけない時というのも少ないですが。

　これはEQUALじゃなきゃいけないという使い方としては、ポリゴンに影や光が落ちる時ですね。例として、次のような物に影を落とす時はどうすればいいでしょうか？

上に白い格子、
下に煉瓦の床。
白い格子はカラーキー

それを上から見る。
白い格子だけに
影を落としたい

理想

　ここでEQUALの出番です。白い格子と同じ高さで描画すると、理想の画像になります。
……と、言いたいところですが、ここで精度の問題が出てきます。

まず線を引く

その線の２点を
選び直線を引く

新たな線が前の線と
重なった所は白、
重ならなかった所は青

　見ての通り、前に書いた線と同じ位置で書いたつもりでも、必ずしもなぞって書ける訳ではありません。
ということで、残念ながらEQUALは精度の問題であまり役に立ちません。「じゃあどうすんだよ」っていうことになりますが、代わりにGREATEREQUALを使いましょう。影を書く時位置を白い格子よりちょっとだけ下にすると、煉瓦の床と白い格子の間だけ描画します。これでちゃんと白い格子に影が落ちます。

Ｚ値が大きい時は下、
小さい時（手前）は上の図。
白が格子、茶色が床のＺ値

灰色は影のＺ値。
GREATEREQUALによって
白より下の部分だけが描画

　Direct3Dで使うＺバッファのサーフェイスは、普通のサーフェイスと同じでBltやLockなどが使えます（無理な３Ｄボードもありそうですが）。最初の方でＺバッファの内容を画像にした絵を使ってますが、あれもLockを使ってます。

　それを利用して、バイオハザードやＦＦ７のような一枚絵の背景もできます。あれらは数回に分けて描画してるようですけど（プレステはハードがＺバッファに対応してないので）。
一度時間のかかるような背景の描画をして、その画像とＺバッファを予め作っておいた退避用サーフェイスにBltします。そして、次からはClearの代わりにその退避用サーフェイスの内容をBltするだけ。

　視点から目的のポリゴンまでに他のポリゴンが無いかを調べたり、ある点の視点から一番手前の物体まではどれくらいの距離があるか、なんてのもＺバッファを調べることで簡単に可能です。後者は距離の計算が簡単じゃないですが。
例えば、光の位置周辺のＺ値を調べる事で、グローの大きさを変えたりグローを消したりできます。

　この手法は、１０８０°スノーボーディング（Ｎ６４）のＣＭで動いてる画面を見た時、太陽にこんな方法が使われていたように見えました。実際には見た事無いですが、Unrealもこの方法使ってるんじゃないでしょうか。グロー出しっぱなしというわけにもいかないと思うので。

　ついでに。Ｚバッファ法は、ピクセル毎にＺテストをします。故にＺバッファを使わない時に比べてちょっと遅いです。特に、背景や全画面など広い領域を描画する時は描画するピクセルが多い分遅くなります。Ｚテストをする必要が無い場合でもＺテストをすると、それだけ無駄が増えます。

　という事で、Ｚテストが必要無い時は使わないように設定しましょう。例えば、空などの背景を描画する時は大体ＺテストもＺバッファへの書き込みも必要無いでしょう。広い領域を描画するので、それなりに違いが出てきます。
背景→物体→半透明物体という順に描画するなら、背景はＺテスト・Ｚバッファ書き込みなし、不透明の物体はＺテスト・Ｚバッファ書き込みあり、半透明の物体はＺテストあり・Ｚバッファ書き込みなしという感じでしょうか。この後文字などの情報をＺテスト・Ｚバッファ書き込みなしで書く、と。

　ちなみにこれはα合成やスペキュラーの使用など、他の機能の設定にも言える事です。必要無い時は使用しないのが一番です。あまりに切り替えが多いと、その切り替えのオーバーヘッドの方が問題になる場合もありますが。SetRenderStateはそれなりに時間食いますから。