怎么使用ImGUI繪制D3D外部菜單

怎么使用ImGUI繪制D3D外部菜單

目錄

1. 引言
2. ImGUI簡介
3. Direct3D簡介
4. 環境配置
5. 創建Direct3D應用程序
6. 集成ImGUI
7. 繪制基本菜單
8. 添加交互功能
9. 優化與調試
10. 常見問題與解決方案
11. 總結

引言

在現代游戲開發和圖形應用程序中，用戶界面（UI）的設計和實現是一個至關重要的環節。ImGUI（Immediate Mode GUI）是一個輕量級的、即時模式的圖形用戶界面庫，廣泛應用于游戲開發、工具開發和圖形應用程序中。本文將詳細介紹如何使用ImGUI在Direct3D（D3D）應用程序中繪制外部菜單。

ImGUI簡介

ImGUI是一個基于C++的即時模式圖形用戶界面庫，由Omar Cornut開發。它的設計目標是簡單、高效、易于集成。ImGUI的核心思想是每一幀都重新繪制整個UI，而不是維護一個復雜的UI狀態。這種設計使得ImGUI非常適合用于游戲開發和實時應用程序。

主要特點

• 即時模式：每一幀都重新繪制UI，無需維護復雜的UI狀態。
• 輕量級：代碼庫非常小，易于集成到現有項目中。
• 高度可定制：可以通過簡單的API調用自定義UI的外觀和行為。
• 跨平臺：支持多種圖形API（如OpenGL、Direct3D、Vulkan等）和操作系統。

Direct3D簡介

Direct3D是微軟開發的一套圖形API，用于在Windows平臺上進行3D圖形渲染。它是DirectX的一部分，廣泛應用于游戲開發、虛擬現實、科學可視化等領域。Direct3D提供了底層的圖形渲染功能，開發者可以通過它直接控制GPU進行圖形渲染。

主要特點

• 高性能：Direct3D提供了底層的圖形渲染功能，可以實現高性能的圖形渲染。
• 豐富的功能：支持多種圖形渲染技術，如紋理映射、光照、陰影、粒子效果等。
• 跨版本兼容：支持從Direct3D 9到Direct3D 12的多個版本，開發者可以根據需求選擇合適的版本。

環境配置

在開始使用ImGUI和Direct3D之前，需要配置開發環境。以下是配置步驟：

1. 安裝Visual Studio

確保已安裝Visual Studio 2019或更高版本。Visual Studio是開發Direct3D應用程序的主要工具。

2. 安裝Windows SDK

Windows SDK包含了開發Direct3D應用程序所需的頭文件和庫文件。確保已安裝最新版本的Windows SDK。

3. 下載ImGUI

從ImGUI的GitHub倉庫（https://github.com/ocornut/imgui）下載最新版本的ImGUI庫。

4. 配置項目

在Visual Studio中創建一個新的C++項目，并將ImGUI的源代碼添加到項目中。確保項目配置正確，能夠編譯和鏈接ImGUI庫。

創建Direct3D應用程序

在集成ImGUI之前，首先需要創建一個基本的Direct3D應用程序。以下是創建步驟：

1. 初始化Direct3D

在應用程序的入口點（通常是WinMain函數）中，初始化Direct3D設備、交換鏈和渲染目標視圖。

#include <d3d11.h>
#include <windows.h>

ID3D11Device* g_pd3dDevice = nullptr;
ID3D11DeviceContext* g_pd3dDeviceContext = nullptr;
IDXGISwapChain* g_pSwapChain = nullptr;
ID3D11RenderTargetView* g_mainRenderTargetView = nullptr;

bool CreateDeviceD3D(HWND hWnd)
{
    // 創建Direct3D設備和交換鏈
    DXGI_SWAP_CHN_DESC sd;
    ZeroMemory(&sd, sizeof(sd));
    sd.BufferCount = 2;
    sd.BufferDesc.Width = 0;
    sd.BufferDesc.Height = 0;
    sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
    sd.Flags = DXGI_SWAP_CHN_FLAG_ALLOW_MODE_SWITCH;
    sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
    sd.OutputWindow = hWnd;
    sd.SampleDesc.Count = 1;
    sd.SampleDesc.Quality = 0;
    sd.Windowed = TRUE;
    sd.SwapEffect = DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD;

    UINT createDeviceFlags = 0;
    D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
    const D3D_FEATURE_LEVEL featureLevelArray[2] = { D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, D3D_FEATURE_LEVEL_10_0, };
    if (D3D11CreateDeviceAndSwapChain(nullptr, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, nullptr, createDeviceFlags, featureLevelArray, 2, D3D11_SDK_VERSION, &sd, &g_pSwapChain, &g_pd3dDevice, &featureLevel, &g_pd3dDeviceContext) != S_OK)
        return false;

    CreateRenderTarget();
    return true;
}

void CreateRenderTarget()
{
    ID3D11Texture2D* pBackBuffer;
    g_pSwapChain->GetBuffer(0, IID_PPV_ARGS(&pBackBuffer));
    g_pd3dDevice->CreateRenderTargetView(pBackBuffer, nullptr, &g_mainRenderTargetView);
    pBackBuffer->Release();
}

void CleanupDeviceD3D()
{
    if (g_mainRenderTargetView) { g_mainRenderTargetView->Release(); g_mainRenderTargetView = nullptr; }
    if (g_pSwapChain) { g_pSwapChain->Release(); g_pSwapChain = nullptr; }
    if (g_pd3dDeviceContext) { g_pd3dDeviceContext->Release(); g_pd3dDeviceContext = nullptr; }
    if (g_pd3dDevice) { g_pd3dDevice->Release(); g_pd3dDevice = nullptr; }
}

2. 創建窗口

使用Windows API創建一個窗口，并將其與Direct3D設備關聯。

LRESULT WINAPI WndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)
{
    // 創建窗口
    WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, WndProc, 0L, 0L, GetModuleHandle(nullptr), nullptr, nullptr, nullptr, nullptr, _T("ImGUI Example"), nullptr };
    ::RegisterClassEx(&wc);
    HWND hwnd = ::CreateWindow(wc.lpszClassName, _T("ImGUI Example"), WS_OVERLAPPEDWINDOW, 100, 100, 1280, 800, nullptr, nullptr, wc.hInstance, nullptr);

    // 初始化Direct3D
    if (!CreateDeviceD3D(hwnd))
    {
        CleanupDeviceD3D();
        ::UnregisterClass(wc.lpszClassName, wc.hInstance);
        return 1;
    }

    // 顯示窗口
    ::ShowWindow(hwnd, SW_SHOWDEFAULT);
    ::UpdateWindow(hwnd);

    // 主循環
    MSG msg;
    ZeroMemory(&msg, sizeof(msg));
    while (msg.message != WM_QUIT)
    {
        if (::PeekMessage(&msg, nullptr, 0U, 0U, PM_REMOVE))
        {
            ::TranslateMessage(&msg);
            ::DispatchMessage(&msg);
            continue;
        }

        // 渲染代碼
    }

    // 清理
    CleanupDeviceD3D();
    ::DestroyWindow(hwnd);
    ::UnregisterClass(wc.lpszClassName, wc.hInstance);

    return 0;
}

LRESULT WINAPI WndProc(HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (msg)
    {
    case WM_SIZE:
        if (g_pd3dDevice != nullptr && wParam != SIZE_MINIMIZED)
        {
            CleanupRenderTarget();
            g_pSwapChain->ResizeBuffers(0, (UINT)LOWORD(lParam), (UINT)HIWORD(lParam), DXGI_FORMAT_UNKNOWN, 0);
            CreateRenderTarget();
        }
        return 0;
    case WM_SYSCOMMAND:
        if ((wParam & 0xfff0) == SC_KEYMENU) // 禁用Alt+空格菜單
            return 0;
        break;
    case WM_DESTROY:
        ::PostQuitMessage(0);
        return 0;
    }
    return ::DefWindowProc(hWnd, msg, wParam, lParam);
}

集成ImGUI

在創建了基本的Direct3D應用程序后，接下來需要將ImGUI集成到應用程序中。以下是集成步驟：

1. 初始化ImGUI

在應用程序的主循環中，初始化ImGUI并設置其上下文。

#include "imgui.h"
#include "imgui_impl_win32.h"
#include "imgui_impl_dx11.h"

// 初始化ImGUI
IMGUI_CHECKVERSION();
ImGui::CreateContext();
ImGuiIO& io = ImGui::GetIO(); (void)io;
io.ConfigFlags |= ImGuiConfigFlags_NavEnableKeyboard; // 啟用鍵盤控制

// 設置ImGUI樣式
ImGui::StyleColorsDark();

// 初始化ImGUI的Win32和Direct3D后端
ImGui_ImplWin32_Init(hwnd);
ImGui_ImplDX11_Init(g_pd3dDevice, g_pd3dDeviceContext);

2. 渲染ImGUI

在主循環中，每一幀都重新繪制ImGUI的UI。

while (msg.message != WM_QUIT)
{
    if (::PeekMessage(&msg, nullptr, 0U, 0U, PM_REMOVE))
    {
        ::TranslateMessage(&msg);
        ::DispatchMessage(&msg);
        continue;
    }

    // 開始新幀
    ImGui_ImplDX11_NewFrame();
    ImGui_ImplWin32_NewFrame();
    ImGui::NewFrame();

    // 繪制UI
    ImGui::Begin("Hello, world!");
    ImGui::Text("This is some useful text.");
    ImGui::End();

    // 渲染
    ImGui::Render();
    g_pd3dDeviceContext->OMSetRenderTargets(1, &g_mainRenderTargetView, nullptr);
    g_pd3dDeviceContext->ClearRenderTargetView(g_mainRenderTargetView, (float*)&clear_color);
    ImGui_ImplDX11_RenderDrawData(ImGui::GetDrawData());

    g_pSwapChain->Present(1, 0); // 啟用垂直同步
}

3. 清理ImGUI

在應用程序退出時，清理ImGUI的資源。

ImGui_ImplDX11_Shutdown();
ImGui_ImplWin32_Shutdown();
ImGui::DestroyContext();

繪制基本菜單

在集成ImGUI后，可以開始繪制基本的菜單。以下是一個簡單的菜單示例：

ImGui::Begin("Main Menu");

if (ImGui::Button("Option 1"))
{
    // 處理選項1的點擊事件
}

if (ImGui::Button("Option 2"))
{
    // 處理選項2的點擊事件
}

if (ImGui::Button("Option 3"))
{
    // 處理選項3的點擊事件
}

ImGui::End();

添加交互功能

在繪制基本菜單后，可以添加一些交互功能，如滑塊、復選框、輸入框等。以下是一些常見的交互控件示例：

1. 滑塊

static float sliderValue = 0.0f;
ImGui::SliderFloat("Slider", &sliderValue, 0.0f, 100.0f);

2. 復選框

static bool checkboxValue = false;
ImGui::Checkbox("Checkbox", &checkboxValue);

3. 輸入框

static char inputText[128] = "";
ImGui::InputText("Input Text", inputText, IM_ARRAYSIZE(inputText));

優化與調試

在開發過程中，可能會遇到性能問題或UI顯示不正確的情況。以下是一些優化和調試的建議：

1. 性能優化

• 減少UI繪制次數：只在UI發生變化時重新繪制UI，避免每一幀都重新繪制。
• 使用批處理：將多個UI元素合并為一個繪制調用，減少GPU的負擔。
• 優化資源加載：提前加載UI所需的資源，避免在運行時加載。

2. 調試UI

• 使用ImGUI的調試工具：ImGUI提供了內置的調試工具，可以幫助開發者查看UI的狀態和性能。
• 檢查UI布局：使用ImGUI的布局工具檢查UI元素的布局是否正確。
• 查看日志：在UI代碼中添加日志輸出，幫助定位問題。

常見問題與解決方案

1. UI顯示不正確

• 問題描述：UI元素顯示不正確，如位置偏移、大小不正確等。
• 解決方案：檢查UI元素的布局代碼，確保位置和大小計算正確。

2. 性能問題

• 問題描述：UI渲染導致應用程序性能下降。
• 解決方案：優化UI繪制代碼，減少不必要的繪制調用。

3. 輸入響應延遲

• 問題描述：UI對用戶輸入的響應有延遲。
• 解決方案：檢查輸入處理代碼，確保輸入事件能夠及時處理。

總結

本文詳細介紹了如何使用ImGUI在Direct3D應用程序中繪制外部菜單。通過集成ImGUI，開發者可以輕松創建高效、可定制的用戶界面。希望本文能夠幫助讀者掌握ImGUI和Direct3D的基本使用技巧，并在實際項目中應用這些知識。