Umwandlung von dreidimensionalen Koordinaten in Bildschirmkoordinaten

Zusammenfassung

Es wandelt die Koordinaten im 3D-Raum in die Koordinaten auf dem Bildschirm um und zeigt den Namen an der Position des Modells an. Im Beispiel wird die Kamera gedreht, damit besser zu erkennen ist, dass der Name dem Modell folgt.

Betriebsumgebung

Voraussetzungen

Betriebsumgebung

Substanz

Konvertieren von 3D-Koordinaten in Bildschirmkoordinaten

Wenn Sie den Namen über dem Kopf der Figur anzeigen möchten, z. B. in einem 3D-Spiel, ist es notwendig, aus der dreidimensionalen räumlichen Position der Figur die Bildschirmkoordinaten zu berechnen, auf denen die Figur angezeigt werden soll.

Es mag wie eine schwierige Berechnung erscheinen, aber tatsächlich werden die Scheitelpunktdaten eines Polygons auf die gleiche Weise erhalten wie die Formel, die verwendet wird, um die Scheitelpunktdaten eines Polygons von 3D-Koordinaten in Bildschirmkoordinaten umzuwandeln, so dass keine neuen Kenntnisse erforderlich sind.

Es gibt auch Methoden, die einfach zu berechnen sind, sodass Sie keinen zusätzlichen Code schreiben müssen.

Feld

In der Stichprobe werden drei Modelle angezeigt, daher definieren wir ein Modell und einen Vektor[3], d. h. die drei Positionsinformationen. Außerdem wird ein automatischer Drehwinkel für die Kamera definiert, so dass die Bewegung leicht zu verstehen ist.

/// <summary>
/// モデル
/// </summary>
private Model model = null;

/// <summary>
/// 位置の配列
/// </summary>
private Vector3[] positions = new Vector3[3];

/// <summary>
/// カメラの水平回転角度
/// </summary>
private float theta = 0.0f;

Update-Prozess

Der Drehwinkel für die automatische Drehung der Kamera ergibt sich aus der verstrichenen Zeit des Spiels.

// カメラの水平角度を自動更新
this.theta = (float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 2.0f;

Vor-Zeichnung

Nach dem Zeichnen des Sprites kann der Tiefenpuffer deaktiviert sein, also legen Sie "DepthStencilState.Default" fest, um die Zeichnungsbeurteilung nach Tiefenwert zu ermöglichen.

Indem Sie die Rotationsmatrix der Y-Achse mit der bereits erstellten Ansichtsmatrix multiplizieren, können Sie die Position der Kamera um den Point of Interest drehen. Achten Sie auf die Reihenfolge, in der die Matrix multipliziert wird.

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

// ビューマトリックスに回転を合成算出
Matrix rotatedView = Matrix.CreateRotationY(this.theta) * this.view;

Abrufen von Viewport

Das Ansichtsfenster bietet eine Methode zum Konvertieren von 3D-Raumkoordinaten in Bildschirmkoordinaten, die Sie also vom GraphicsDevice abrufen können.

// ビューポート取得
Viewport viewport = this.GraphicsDevice.Viewport;

Berechnung von Bildschirmkoordinaten aus 3D-Koordinaten

Das Ermitteln der Bildschirmkoordinaten aus 3D-Raumkoordinaten ist so einfach wie die Verwendung der Viewport.Project-Methode.

Geben Sie die räumliche 3D-Position der Quelle als erstes Argument, die Projektionsmatrix als zweites Argument und die Ansichtsmatrix als drittes Argument an. Dann können Sie die Koordinaten als Rückgabewert auf dem Bildschirm abrufen.

Wenn Sie danach die X- und Y-Werte aus Vector3 extrahieren, können Sie die Anzeigeposition des Textes verwenden. (Z ist die Tiefenposition)

// ３次元座標からスクリーンの座標算出
Vector3 v3 = viewport.Project(this.positions[i],
                                this.projection,
                                rotatedView,
                                Matrix.Identity);
Vector2 screenPosition = new Vector2(v3.X, v3.Y);

// テキスト描画
this.spriteBatch.DrawString(this.font, "Model " + (i + 1).ToString(),
    screenPosition, Color.White);

Viewport.Project Methode

Projiziert einen 3D-Vektor aus dem Objektraum in den Bildschirmbereich.

Alle Codes

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 TransformToScreen
{
    /// <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>
        /// モデル
        /// </summary>
        private Model model = null;

        /// <summary>
        /// 位置の配列
        /// </summary>
        private Vector3[] positions = new Vector3[3];

        /// <summary>
        /// カメラの水平回転角度
        /// </summary>
        private float theta = 0.0f;

        /// <summary>
        /// ビューマトリックス
        /// </summary>
        private Matrix view = Matrix.Identity;

        /// <summary>
        /// プロジェクションマトリックス
        /// </summary>
        private Matrix projection = Matrix.Identity;


        /// <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()
        {
            // 位置をランダムに設定
            Random rand = new Random();
            for (int i = 0; i < this.positions.Length; i++)
            {
                this.positions[i] =
                    new Vector3((float)(rand.NextDouble() - 0.5) * 10.0f,
                                0.0f,
                                (float)(rand.NextDouble() - 0.5) * 10.0f);
            }

            // ビューマトリックス
            this.view = Matrix.CreateLookAt(new Vector3(0.0f, 10.0f, 20.0f),
                                            Vector3.Zero,
                                            Vector3.Up);

            // プロジェクションマトリックス
            this.projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
                        MathHelper.ToRadians(45.0f),
                        (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width /
                            (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Height,
                        1.0f,
                        100.0f
                    );

            // 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");

            // モデルを作成
            this.model = this.Content.Load<Model>("Model");

            // ライトとプロジェクションはあらかじめ設定しておく
            foreach (ModelMesh mesh in this.model.Meshes)
            {
                foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                {
                    // デフォルトのライト適用
                    effect.EnableDefaultLighting();

                    // プロジェクションマトリックスをあらかじめ設定
                    effect.Projection = this.projection;
                }
            }
        }

        /// <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)
        {
            // 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 (GamePad.GetState(PlayerIndex.One).Buttons.Back == ButtonState.Pressed)
            {
                this.Exit();
            }

            // カメラの水平角度を自動更新
            this.theta = (float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds / 2.0f;

            // 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);

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

            // ビューマトリックスに回転を合成算出
            Matrix rotatedView = Matrix.CreateRotationY(this.theta) * this.view;

            for (int i = 0; i < this.positions.Length; i++)
            {
                foreach (ModelMesh mesh in this.model.Meshes)
                {
                    foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                    {
                        // ビューマトリックス
                        effect.View = rotatedView;

                        // モデルの位置設定
                        effect.World = Matrix.CreateTranslation(this.positions[i]);
                    }

                    // モデルを描画
                    mesh.Draw();
                }
            }

            // ビューポート取得
            Viewport viewport = this.GraphicsDevice.Viewport;

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

            // 各モデルの位置にテキストを描画
            for (int i = 0; i < this.positions.Length; i++)
            {
                // ３次元座標からスクリーンの座標算出
                Vector3 v3 = viewport.Project(this.positions[i],
                                              this.projection,
                                              rotatedView,
                                              Matrix.Identity);
                Vector2 screenPosition = new Vector2(v3.X, v3.Y);

                // テキスト描画
                this.spriteBatch.DrawString(this.font, "Model " + (i + 1).ToString(),
                    screenPosition, 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);
        }
    }
}