ビュー座標変換

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概要

ビュー座標変換のパラメータを操作しています。

動作環境

必須環境

動作確認環境

サンプルの操作方法

内容

ビュー座標変換について

ビュー座標変換の概要については下のページで書いているので参照してください。

• ビュー座標系

フィールド

今回はビュー座標変換に使用するパラメータをカメラとして置き換え、「カメラの位置」「カメラの注視点」「カメラの上方方向」の３つのパラメータを操作します。

/// <summary>
/// カメラの位置
/// </summary>
private Vector3 cameraPosition = new Vector3(2.0f, 4.0f, 20.0f);

/// <summary>
/// カメラの注視点
/// </summary>
private Vector3 cameraTarget = new Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f);

/// <summary>
/// カメラの上方方向回転角度(radian)
/// </summary>
private float cameraUpVectorRotate = 0.0f;

カメラの操作

Game.Update メソッドでキーボードやコントローラーを使ってカメラの各パラメータを操作しています。各操作はこのページの上にある「操作方法」を参照してください。(下記のコードはゲームパッドでの操作部分のみ抜粋しています)

GamePadState gamePadState = GamePad.GetState(PlayerIndex.One);

float speed = 0.25f;

// カメラの位置を移動させる
this.cameraPosition.X += gamePadState.ThumbSticks.Left.X * speed;
this.cameraPosition.Y += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * speed;

// カメラの注視点を移動させる
this.cameraTarget.X += gamePadState.ThumbSticks.Right.X * speed;
this.cameraTarget.Y += gamePadState.ThumbSticks.Right.Y * speed;

// カメラの上方方向を回転させる
this.cameraUpVectorRotate -= gamePadState.Triggers.Left * speed * 0.2f;
this.cameraUpVectorRotate += gamePadState.Triggers.Right * speed * 0.2f;

ビューマトリックスの作成

「Matrix.CreateLookAt」メソッドに各パラメータをセットしてビューマトリックスを作成しています。

第１引数にはカメラの位置、第２引数にはカメラの注視点、第３引数にはカメラの上方方向を指定します。

第3引数の「カメラの上方方向」に関しては、Y軸方向(0,1,0)を基準としてZ軸を中心に回転させるようにしてベクトルを算出しています。

// ビューマトリックス作成
Matrix view = Matrix.CreateLookAt(
        this.cameraPosition,
        this.cameraTarget,
        Vector3.Transform(Vector3.Up,
                          Matrix.CreateRotationZ(this.cameraUpVectorRotate))
    );

Matrix.CreateLookAt メソッド

右手座標系のビューマトリックスを作成します。

Vector3.Transform メソッド

ベクトルを座標変換します。

Matrix.CreateRotationZ メソッド

Z軸を中心とした回転行列を作成します。

ビューマトリックスのセット

カメラの注視点の位置がわかりやすいように、注視点の位置にボックスが配置されるようにしています。また、ビューマトリックスを各々のエフェクトにセットしています。

foreach (ModelMesh mesh in this.box.Meshes)
{
    foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
    {
        // ライトの設定
        effect.EnableDefaultLighting();

        // ボックスの位置をカメラの注視点に合わせる
        effect.World = Matrix.CreateTranslation(this.cameraTarget);

        // ビューマトリックスを設定
        effect.View = view;

        // プロジェクションマトリックス設定
        effect.Projection = projection;
    }

    mesh.Draw();
}

全コード

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Audio;
using Microsoft.Xna.Framework.Content;
using Microsoft.Xna.Framework.GamerServices;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;
using Microsoft.Xna.Framework.Media;
#if WINDOWS_PHONE
using Microsoft.Xna.Framework.Input.Touch;
#endif

namespace ViewMatrix
{
    /// <summary>
    /// ゲームメインクラス
    /// </summary>
    public class GameMain : Microsoft.Xna.Framework.Game
    {
        /// <summary>
        /// グラフィックデバイス管理クラス
        /// </summary>
        private GraphicsDeviceManager graphics = null;

        /// <summary>
        /// スプライトのバッチ化クラス
        /// </summary>
        private SpriteBatch spriteBatch = null;

        /// <summary>
        /// スプライトでテキストを描画するためのフォント
        /// </summary>
        private SpriteFont font = null;

        /// <summary>
        /// ボックスモデル
        /// </summary>
        private Model box = null;

        /// <summary>
        /// XYZモデル
        /// </summary>
        private Model xyz = null;

        /// <summary>
        /// カメラの位置
        /// </summary>
        private Vector3 cameraPosition = new Vector3(2.0f, 4.0f, 20.0f);

        /// <summary>
        /// カメラの注視点
        /// </summary>
        private Vector3 cameraTarget = new Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f);

        /// <summary>
        /// カメラの上方方向回転角度(radian)
        /// </summary>
        private float cameraUpVectorRotate = 0.0f;

        /// <summary>
        /// 自動動作フラグ
        /// </summary>
        private int autoMode = 0;

        /// <summary>
        /// マウスボタン押下フラグ
        /// </summary>
        private bool isMousePressed = false;


        /// <summary>
        /// GameMain コンストラクタ
        /// </summary>
        public GameMain()
        {
            // グラフィックデバイス管理クラスの作成
            this.graphics = new GraphicsDeviceManager(this);

            // ゲームコンテンツのルートディレクトリを設定
            this.Content.RootDirectory = "Content";

#if WINDOWS_PHONE
            // Windows Phone のデフォルトのフレームレートは 30 FPS
            this.TargetElapsedTime = TimeSpan.FromTicks(333333);

            // バックバッファサイズの設定
            this.graphics.PreferredBackBufferWidth = 480;
            this.graphics.PreferredBackBufferHeight = 800;

            // フルスクリーン表示
            this.graphics.IsFullScreen = true;
#endif
        }

        /// <summary>
        /// ゲームが始まる前の初期化処理を行うメソッド
        /// グラフィック以外のデータの読み込み、コンポーネントの初期化を行う
        /// </summary>
        protected override void Initialize()
        {
            // TODO: ここに初期化ロジックを書いてください

            // コンポーネントの初期化などを行います
            base.Initialize();
        }

        /// <summary>
        /// ゲームが始まるときに一回だけ呼ばれ
        /// すべてのゲームコンテンツを読み込みます
        /// </summary>
        protected override void LoadContent()
        {
            // テクスチャーを描画するためのスプライトバッチクラスを作成します
            this.spriteBatch = new SpriteBatch(this.GraphicsDevice);

            // フォントをコンテンツパイプラインから読み込む
            this.font = this.Content.Load<SpriteFont>("Font");

            // ボックスモデルを読み込み
            this.box = this.Content.Load<Model>("Box");

            // XYZ軸モデルを読み込み
            this.xyz = this.Content.Load<Model>("XYZ");
        }

        /// <summary>
        /// ゲームが終了するときに一回だけ呼ばれ
        /// すべてのゲームコンテンツをアンロードします
        /// </summary>
        protected override void UnloadContent()
        {
            // TODO: ContentManager で管理されていないコンテンツを
            //       ここでアンロードしてください
        }

        /// <summary>
        /// 描画以外のデータ更新等の処理を行うメソッド
        /// 主に入力処理、衝突判定などの物理計算、オーディオの再生など
        /// </summary>
        /// <param name="gameTime">このメソッドが呼ばれたときのゲーム時間</param>
        protected override void Update(GameTime gameTime)
        {
            KeyboardState keyState = Keyboard.GetState();
            MouseState mouseState = Mouse.GetState();
            GamePadState gamePadState = GamePad.GetState(PlayerIndex.One);

            // Xbox 360 コントローラ、Windows Phone の BACK ボタンを押したときに
            // ゲームを終了させます
            if (gamePadState.Buttons.Back == ButtonState.Pressed)
            {
                this.Exit();
            }

            // マウスによる自動動作切り替え
            if (this.isMousePressed == false &&
                mouseState.LeftButton == ButtonState.Pressed)
            {
                this.isMousePressed = true;

                this.autoMode = (this.autoMode + 1) % 6;
            }
            this.isMousePressed = mouseState.LeftButton == ButtonState.Pressed;

            float speed = 0.25f;

            // カメラの位置を移動させる
            this.cameraPosition.X += gamePadState.ThumbSticks.Left.X * speed;
            this.cameraPosition.Y += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * speed;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Left))
            {
                this.cameraPosition.X -= speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Right))
            {
                this.cameraPosition.X += speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Down))
            {
                this.cameraPosition.Y -= speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Up))
            {
                this.cameraPosition.Y += speed;
            }
            if (this.autoMode == 1)
            {
                this.cameraPosition.X = (float)Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) * 10.0f;
            }
            if (this.autoMode == 2)
            {
                this.cameraPosition.Y = (float)Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) * 10.0f;
            }

            // カメラの注視点を移動させる
            this.cameraTarget.X += gamePadState.ThumbSticks.Right.X * speed;
            this.cameraTarget.Y += gamePadState.ThumbSticks.Right.Y * speed;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.A))
            {
                this.cameraTarget.X -= speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.S))
            {
                this.cameraTarget.X += speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Z))
            {
                this.cameraTarget.Y -= speed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.W))
            {
                this.cameraTarget.Y += speed;
            }
            if (this.autoMode == 3)
            {
                this.cameraTarget.X = (float)Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) * 10.0f;
            }
            if (this.autoMode == 4)
            {
                this.cameraTarget.Y = (float)Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) * 10.0f;
            }

            // カメラの上方方向を回転させる
            this.cameraUpVectorRotate -= gamePadState.Triggers.Left * speed * 0.2f;
            this.cameraUpVectorRotate += gamePadState.Triggers.Right * speed * 0.2f;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.X))
            {
                this.cameraUpVectorRotate -= speed * 0.2f;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.C))
            {
                this.cameraUpVectorRotate += speed * 0.2f;
            }
            if (this.autoMode == 5)
            {
                this.cameraUpVectorRotate = (float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds;
            }

            // 登録された GameComponent を更新する
            base.Update(gameTime);
        }

        /// <summary>
        /// 描画処理を行うメソッド
        /// </summary>
        /// <param name="gameTime">このメソッドが呼ばれたときのゲーム時間</param>
        protected override void Draw(GameTime gameTime)
        {
            // 画面を指定した色でクリアします
            this.GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);

            // 深度バッファを有効にする
            this.GraphicsDevice.DepthStencilState = DepthStencilState.Default;

            // ビューマトリックス作成
            Matrix view = Matrix.CreateLookAt(
                this.cameraPosition,
                this.cameraTarget,
                Vector3.Transform(Vector3.Up,
                                  Matrix.CreateRotationZ(this.cameraUpVectorRotate))
            );

            // プロジェクションマトリックス作成
            Matrix projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
                    MathHelper.PiOver4,
                    (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width /
                        (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Height,
                    1.0f,
                    100.0f
                );

            ///// ボックスモデル /////

            foreach (ModelMesh mesh in this.box.Meshes)
            {
                foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                {
                    // ライトの設定
                    effect.EnableDefaultLighting();

                    // ボックスの位置をカメラの注視点に合わせる
                    effect.World = Matrix.CreateTranslation(this.cameraTarget);

                    // ビューマトリックスを設定
                    effect.View = view;

                    // プロジェクションマトリックス設定
                    effect.Projection = projection;
                }

                mesh.Draw();
            }

            ///// XYZ軸モデル /////

            foreach (ModelMesh mesh in this.xyz.Meshes)
            {
                foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                {
                    // ライトの設定
                    effect.EnableDefaultLighting();

                    // 原点に配置
                    effect.World = Matrix.Identity;

                    // ビューマトリックスを設定
                    effect.View = view;

                    // プロジェクションマトリックス設定
                    effect.Projection = projection;
                }

                mesh.Draw();
            }

            // スプライトの描画準備
            this.spriteBatch.Begin();

            // カメラの情報を表示
            this.spriteBatch.DrawString(this.font,
                "CameraPosition : {" +
                    this.cameraPosition.X.ToString("f2") + ", " +
                    this.cameraPosition.Y.ToString("f2") + "}" + Environment.NewLine +
                "CameraTarget : {" +
                    this.cameraTarget.X.ToString("f2") + ", " +
                    this.cameraTarget.Y.ToString("f2") + "}" + Environment.NewLine +
                "CameraUpVectorRotate : " + this.cameraUpVectorRotate.ToString("f2") + Environment.NewLine +
                "MousePressAutoMode : " + this.autoMode,
                new Vector2(20, 20), Color.White);

            // スプライトの一括描画
            this.spriteBatch.End();

            // 登録された DrawableGameComponent を描画する
            base.Draw(gameTime);
        }
    }
}