Shadery i pliki efektów – sprostowanie

Płynne przejście od programowania grafiki 3D przy pomocy fixed pipeline do wykorzystania shaderów nie jest z początku takie proste. Jest oczywiście w sieci mnóstwo tutoriali, które to ułatwiają. Zauważyłem jednak, że mają one tendencję do przekazywania naciąganych – mówiąc delikatnie – faktów na temat tego, w jaki sposób shadery oraz pliki efektów .fx (często omawiane łącznie) muszą być wykorzystywane w aplikacjach DirectX.
Dlatego pomyślałem sobie, że dobrze byłoby sprostować kilka mitów, jakie się tutaj pojawiają i wprowadzają zamieszanie do i tak niełatwej dziedziny programowania. Warto bowiem wiedzieć, iż to nieprawda, że:

• …korzystając z shaderów, musimy używać też plików .fx. Shader wierzchołków czy pikseli możemy samodzielnie wczytać z pliku (w wersji skomplikowanej lub przeprowadzić kompilację przy pomocy funkcji D3DX) czy nawet wygenerować dynamicznie, a potem zwyczajnie ustawić go jako aktualny VS/PS przy pomocy metod SetVertex/PixelShader urządzenia DirectX. Plik efektów nie jest wtedy do niczego potrzebny.
• …pliki .fx są tylko po to, by łatwiej wczytywać/aplikować shadery do renderowania. W rzeczywistości celem istnienia plików efektów jest uproszczenie kodowania różnych efektów graficznych w wersjach zależnych od możliwości poszczególnych kart. Zamiast samodzielnie sprawdzać capsy (możliwości) sprzętu, na którym uruchamia się nasza aplikacja, możemy po prostu pozwolić DirectX-owi wyszukać w pliku .fx tą wersję efektu (tzw. technikę), która na danej konfiguracji sprzętowej będzie działać. W ten sposób możemy na przykład napisać dwie wersje oświetlenia: jedną per pixel z użyciem shaderów i drugą, używającą fixed pipeline i oświetlającą wierzchołkowo. Nie musi ona wtedy korzystać z żadnych shaderów.
• …aby stosować shadery, musimy porzucić FVF na rzecz vertex declaration. Jest to piramidalna bzdura, która na szczęście rzadko bywa wygłaszana wprost, ale często wynika ze sposobu omawiania tematu VD w tutorialach. W istocie stałe D3DFVF tak samo dobrze opisują format danych dla vertex shaderów, jak deklaracje wierzchołków (IDirect3DVertexDeclarationX) i DirectX nie ma problemu z łączeniem jednego z drugim. Analogia działa zresztą też w drugą stroną: użycie fixed pipeline nie wymusza korzystania z FVF.
  Oczywiście bardziej zaawansowane techniki pisane z użyciem shaderów najczęściej potrzebują na wejściu danych, których w FVF zapisać się nie da (np. wektorów stycznych i binormalnych). Wtedy rzecz jasna potrzebne jest określenie formatu wierzchołków poprzez vertex declaration. Dla prostych VS-ów (jak choćby zwykłego m4x4 oPos, v0, c4) sam fakt korzystania z programowalnego potoku grafiki nic nie wymusza w zakresie formatu danych wierzchołków.
• …vertex i pixel shadery musimy zawsze stosować łącznie. To prawie logiczna konsekwencja częstego stwierdzenia (też niespecjalnie prawdziwego), że wyjście VS-a jest wejściem PS-a. W rzeczywistości nie jest to prawdą i łatwo można podać przykłady technik, w których możemy np. użyć pixel shadera bez vertex shadera – jak choćby zamiana wszystkich kolorów w scenie na odcienie szarości.
• …shadery zastępują cały potok renderowania. Chociaż oświetlenie, teksturowanie, transformacje macierzowe wierzchołków itp. to spory kawałek potoku renderowania, zastąpienie ich shaderami wcale nie oznacza, że nic już poza tym nie zostało. Rzeczy takie jak alpha blending, usuwanie tylnich ścian (culling), różne testy pikseli (głębokości, alfa, stencil) i przycinanie (np. płaszczyznami oraz scissor test) to tylko niektóre z elementów potoku, które są dostępne niezależnie od tego, czy obecne są w nim także załadowane przez użytkownika shadery.