XYZ軸のライン描画

Page updated :

The page you are currently viewing does not support the selected display language.

原点(0.0, 0.0, 0,0)からそれぞれ「X」「Y」「Z」方向へ線を描画して軸を表示するようにします。こうすることで位置の感覚がわかりやすくなると思います。

XYZ軸のライン描画

今回のメインコードファイルを載せます。

MainSample.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using Microsoft.DirectX;
using Microsoft.DirectX.Direct3D;

namespace MDXSample
{
    /// <summary>
    /// メインサンプルクラス
    /// </summary>
    public partial class MainSample : IDisposable
    {
        /// <summary>
        /// XYZ ライン用頂点バッファ
        /// </summary>
        private VertexBuffer _xyzLineVertexBuffer = null;


        /// <summary>
        /// アプリケーションの初期化
        /// </summary>
        /// <param name="topLevelForm">トップレベルウインドウ</param>
        /// <returns>全ての初期化がOKなら true, ひとつでも失敗したら false を返すようにする</returns>
        /// <remarks>
        /// false を返した場合は、自動的にアプリケーションが終了するようになっている
        /// </remarks>
        public bool InitializeApplication(MainForm topLevelForm)
        {
            // フォームの参照を保持
            this._form = topLevelForm;

            // 入力イベント作成
            this.CreateInputEvent(topLevelForm);

            try
            {
                // Direct3D デバイス作成
                this.CreateDevice(topLevelForm);

                // フォントの作成
                this.CreateFont();

                // Xファイルからメッシュ作成
                this.LoadXFileMesh("Deruderu.x");
            }
            catch (DirectXException ex)
            {
                // 例外発生
                MessageBox.Show(ex.ToString(), "エラー", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
                return false;
            }


            // XYZ ライン作成
            // 6つ分の頂点を作成
            this._xyzLineVertexBuffer = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored),
                6, this._device, Usage.None, CustomVertex.PositionColored.Format, Pool.Managed);

            // 頂点バッファをロックして、位置、色情報を書き込む
            using (GraphicsStream data = this._xyzLineVertexBuffer.Lock(0, 0, LockFlags.None))
            {
                // 今回は各 XYZ のラインを原点(0.0f, 0.0f, 0.0f)からプラス方向に 10.0f 伸びた線を作成
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Red.ToArgb()));
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(10.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Red.ToArgb()));
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Green.ToArgb()));
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 10.0f, 0.0f, Color.Green.ToArgb()));
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Blue.ToArgb()));
                data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 10.0f, Color.Blue.ToArgb()));

                this._xyzLineVertexBuffer.Unlock();
            }


            // ライトを設定
            this.SettingLight();

            return true;
        }

        /// <summary>
        /// メインループ処理
        /// </summary>
        public void MainLoop()
        {
            // カメラの設定
            this.SettingCamera();


            // 描画内容を単色でクリアし、Zバッファもクリア
            this._device.Clear(ClearFlags.Target | ClearFlags.ZBuffer, Color.DarkBlue, 1.0f, 0);

            // 「BeginScene」と「EndScene」の間に描画内容を記述する
            this._device.BeginScene();


            // ライトを無効
            this._device.RenderState.Lighting = false;

            // XYZ ライン描画
            this._device.SetStreamSource(0, this._xyzLineVertexBuffer, 0);
            this._device.VertexFormat = CustomVertex.PositionColored.Format;
            this._device.DrawPrimitives(PrimitiveType.LineList, 0, 3);


            // ライトを有効
            this._device.RenderState.Lighting = true;

            // メッシュの描画
            this.RenderMesh();


            // 文字列の描画
            this._font.DrawText(null, "θ:" + this._lensPosTheta, 0, 0, Color.White);
            this._font.DrawText(null, "φ:" + this._lensPosPhi, 0, 12, Color.White);

            // 描画はここまで
            this._device.EndScene();

            // 実際のディスプレイに描画
            this._device.Present();
        }

        /// <summary>
        /// リソースの破棄をするために呼ばれる
        /// </summary>
        public void Dispose()
        {
            // XYZ ラインの頂点バッファ解放
            if (this._xyzLineVertexBuffer != null)
            {
                this._xyzLineVertexBuffer.Dispose();
            }

            // メッシュの破棄
            this.DisposeMesh();

            // フォントのリソースを解放
            if (this._font != null)
            {
                this._font.Dispose();
            }

            // Direct3D デバイスのリソース解放
            if (this._device != null)
            {
                this._device.Dispose();
            }
        }
    }
}
MainSamplePartial.cs ファイルのコードはこちらです。

MainSamplePartial.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using Microsoft.DirectX;
using Microsoft.DirectX.Direct3D;

namespace MDXSample
{
    public partial class MainSample
    {
        /// <summary>
        /// メインフォーム
        /// </summary>
        private MainForm _form = null;

        /// <summary>
        /// Direct3D デバイス
        /// </summary>
        private Device _device = null;

        /// <summary>
        /// Direct3D 用フォント
        /// </summary>
        private Microsoft.DirectX.Direct3D.Font _font = null;

        /// <summary>
        /// キーのプレス判定
        /// </summary>
        private bool[] _keys = new bool[256];

        /// <summary>
        /// 1つ前のマウスの位置
        /// </summary>
        private Point _oldMousePoint = Point.Empty;

        /// <summary>
        /// カメラレンズの位置(R)
        /// </summary>
        private float _lensPosRadius = 10.0f;

        /// <summary>
        /// カメラレンズの位置(θ)
        /// </summary>
        private float _lensPosTheta = 300.0f;

        /// <summary>
        /// カメラレンズの位置(φ)
        /// </summary>
        private float _lensPosPhi = 30.0f;

        /// <summary>
        /// メッシュ
        /// </summary>
        private Mesh _mesh = null;

        /// <summary>
        /// マテリアル情報配列
        /// </summary>
        private ExtendedMaterial[] _materials = null;

        /// <summary>
        /// テクスチャー配列
        /// </summary>
        private Texture[] _textures = null;


        /// <summary>
        /// 入力イベント作成
        /// </summary>
        /// <param name="topLevelForm">トップレベルウインドウ</param>
        private void CreateInputEvent(MainForm topLevelForm)
        {
            // キーイベント作成
            topLevelForm.KeyDown += new KeyEventHandler(this.form_KeyDown);
            topLevelForm.KeyUp += new KeyEventHandler(this.form_KeyUp);

            // マウス移動イベント
            topLevelForm.MouseMove += new MouseEventHandler(this.form_MouseMove);
        }

        /// <summary>
        /// キーボードのキーを押した瞬間
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void form_KeyDown(object sender, KeyEventArgs e)
        {
            // 押されたキーコードのフラグを立てる
            if ((int)e.KeyCode < this._keys.Length)
            {
                this._keys[(int)e.KeyCode] = true;
            }
        }
        /// <summary>
        /// キーボードのキーを放した瞬間
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void form_KeyUp(object sender, KeyEventArgs e)
        {
            // 放したキーコードのフラグを下ろす
            if ((int)e.KeyCode < this._keys.Length)
            {
                this._keys[(int)e.KeyCode] = false;
            }
        }

        /// <summary>
        /// マウス移動イベント
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void form_MouseMove(object sender, MouseEventArgs e)
        {
            if (e.Button == MouseButtons.Left)
            {
                // 回転
                this._lensPosTheta -= e.Location.X - this._oldMousePoint.X;
                this._lensPosPhi += e.Location.Y - this._oldMousePoint.Y;

                // φに関しては制限をつける
                if (this._lensPosPhi >= 90.0f)
                {
                    this._lensPosPhi = 89.9999f;
                }
                else if (this._lensPosPhi <= -90.0f)
                {
                    this._lensPosPhi = -89.9999f;
                }
            }
            // マウスの位置を記憶
            this._oldMousePoint = e.Location;
        }

        /// <summary>
        /// Direct3D デバイスの作成
        /// </summary>
        /// <param name="topLevelForm">トップレベルウインドウ</param>
        private void CreateDevice(MainForm topLevelForm)
        {
            // PresentParameters。デバイスを作成する際に必須
            // どのような環境でデバイスを使用するかを設定する
            PresentParameters pp = new PresentParameters();

            // ウインドウモードなら true、フルスクリーンモードなら false を指定
            pp.Windowed = true;

            // スワップ効果。とりあえず「Discard」を指定。
            pp.SwapEffect = SwapEffect.Discard;

            // 深度ステンシルバッファ。3Dでは前後関係があるので通常 true
            pp.EnableAutoDepthStencil = true;

            // 自動深度ステンシル サーフェイスのフォーマット。
            // 「D16」に対応しているビデオカードは多いが、前後関係の精度があまりよくない。
            // できれば「D24S8」を指定したいところ。
            pp.AutoDepthStencilFormat = DepthFormat.D16;

            try
            {
                // デバイスの作成
                this.CreateDevice(topLevelForm, pp);
            }
            catch (DirectXException ex)
            {
                // 例外発生
                throw ex;
            }
        }
        /// <summary>
        /// Direct3D デバイスの作成
        /// </summary>
        /// <param name="topLevelForm">トップレベルウインドウ</param>
        /// <param name="presentationParameters">PresentParameters 構造体</param>
        private void CreateDevice(MainForm topLevelForm, PresentParameters presentationParameters)
        {
            // 実際にデバイスを作成します。
            // 常に最高のパフォーマンスで作成を試み、
            // 失敗したら下位パフォーマンスで作成するようにしている。
            try
            {
                // ハードウェアによる頂点処理、ラスタライズを行う
                // 最高のパフォーマンスで処理を行えます。
                // ビデオカードによっては実装できない処理が存在します。
                this._device = new Device(0, DeviceType.Hardware, topLevelForm.Handle,
                    CreateFlags.HardwareVertexProcessing, presentationParameters);
            }
            catch (DirectXException ex1)
            {
                // 作成に失敗
                Debug.WriteLine(ex1.ToString());
                try
                {
                    // ソフトウェアによる頂点処理、ハードウェアによるラスタライズを行う
                    this._device = new Device(0, DeviceType.Hardware, topLevelForm.Handle,
                        CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, presentationParameters);
                }
                catch (DirectXException ex2)
                {
                    // 作成に失敗
                    Debug.WriteLine(ex2.ToString());
                    try
                    {
                        // ソフトウェアによる頂点処理、ラスタライズを行う
                        // パフォーマンスはとても低いです。
                        // その代わり、ほとんどの処理を制限なく行えます。
                        this._device = new Device(0, DeviceType.Reference, topLevelForm.Handle,
                            CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, presentationParameters);
                    }
                    catch (DirectXException ex3)
                    {
                        // 作成に失敗
                        // 事実上デバイスは作成できません。
                        throw ex3;
                    }
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// フォントの作成
        /// </summary>
        private void CreateFont()
        {
            try
            {
                // フォントデータの構造体を作成
                FontDescription fd = new FontDescription();

                // 構造体に必要なデータをセット
                fd.Height = 12;
                fd.FaceName = "MS ゴシック";

                // フォントを作成
                this._font = new Microsoft.DirectX.Direct3D.Font(this._device, fd);
            }
            catch (DirectXException ex)
            {
                // 例外発生
                throw ex;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Xファイルからメッシュ関連データを読み込む
        /// </summary>
        /// <param name="xfileName">Xファイル名</param>
        private bool LoadXFileMesh(string xfileName)
        {
            // Xファイルを読み込んでメッシュを作成する
            try
            {
                this._mesh = Mesh.FromFile(xfileName,
                    MeshFlags.Managed, this._device, out this._materials);
            }
            catch (DirectXException ex)
            {
                // メッシュの作成に失敗した場合は例外が飛んでくる
                throw ex;
            }

            // 法線情報がなければ計算して作成
            if ((this._mesh.VertexFormat & VertexFormats.Normal) == 0)
            {
                // 法線情報を加えたメッシュを複製する
                Mesh tempMesh = this._mesh.Clone(this._mesh.Options.Value,
                    this._mesh.VertexFormat | VertexFormats.Normal, this._device);

                // 法線を計算
                tempMesh.ComputeNormals();

                // 古いメッシュを破棄し、置き換える
                this._mesh.Dispose();
                this._mesh = tempMesh;
            }

            // テクスチャーがあれば読み込み
            if (this._materials.Length >= 1)
            {
                // テクスチャー用の配列を作成
                this._textures = new Texture[this._materials.Length];

                // 配列分テクスチャーの読み込みを試みる
                for (int i = 0; i < this._materials.Length; i++)
                {
                    // 必ず null で初期化する
                    this._textures[i] = null;

                    // テクスチャー名が登録されているか確認
                    if (this._materials[i].TextureFilename != null &&
                        this._materials[i].TextureFilename.Length >= 1)
                    {
                        try
                        {
                            // テクスチャーを読み込む
                            this._textures[i] = TextureLoader.FromFile(this._device,
                                this._materials[i].TextureFilename);
                        }
                        catch (DirectXException ex)
                        {
                            // テクスチャーの作成に失敗した場合は例外が飛んでくる
                            throw ex;
                        }
                    }
                }
            }

            return true;
        }

        /// <summary>
        /// ライトの設定
        /// </summary>
        private void SettingLight()
        {
            // 平行光線を使用
            this._device.Lights[0].Type = LightType.Directional;

            // ライトの方向
            this._device.Lights[0].Direction = new Vector3(1.0f, -1.5f, 2.0f);

            // 光の色は白
            this._device.Lights[0].Diffuse = Color.White;

            // 環境光
            this._device.Lights[0].Ambient = Color.FromArgb(255, 128, 128, 128);

            // 0 番のライトを有効
            this._device.Lights[0].Enabled = true;

            // 0 番のライトを更新
            this._device.Lights[0].Update();
        }

        /// <summary>
        /// カメラの設定
        /// </summary>
        private void SettingCamera()
        {
            // レンズの位置を三次元極座標で変換
            float radius = this._lensPosRadius;
            float theta = Geometry.DegreeToRadian(this._lensPosTheta);
            float phi = Geometry.DegreeToRadian(this._lensPosPhi);
            Vector3 lensPosition = new Vector3(
                (float)(radius * Math.Cos(theta) * Math.Cos(phi)),
                (float)(radius * Math.Sin(phi)),
                (float)(radius * Math.Sin(theta) * Math.Cos(phi)));

            // ビュー変換行列を設定
            this._device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(
                lensPosition, new Vector3(0.0f, 0.0f, 0.0f), new Vector3(0.0f, 1.0f, 0.0f));

            // 射影変換を設定
            this._device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH(
                Geometry.DegreeToRadian(60.0f),
                (float)this._device.Viewport.Width / (float)this._device.Viewport.Height,
                1.0f, 100.0f);
        }

        /// <summary>
        /// メッシュの描画
        /// </summary>
        private void RenderMesh()
        {
            // 属性の数だけループさせて描画
            for (int i = 0; i < this._materials.Length; i++)
            {
                // テクスチャーのセット
                this._device.SetTexture(0, this._textures[i]);

                // マテリアルをセット
                this._device.Material = this._materials[i].Material3D;

                // 描画
                this._mesh.DrawSubset(i);
            }
        }

        /// <summary>
        /// メッシュの破棄
        /// </summary>
        private void DisposeMesh()
        {
            // テクスチャーの解放
            if (this._textures != null)
            {
                foreach (Texture i in this._textures)
                {
                    if (i != null)
                    {
                        i.Dispose();
                    }
                }
            }

            // メッシュの解放
            if (this._mesh != null)
            {
                this._mesh.Dispose();
            }
        }
    }
}

/// <summary>
/// XYZ ライン用頂点バッファ
/// </summary>
private VertexBuffer _xyzLineVertexBuffer = null;

頂点バッファを宣言しています。ポリゴン表示にも使用しましたが、線の描画でも使用します。描画プリミティブが面でも線でも点でも頂点データをハードウェア上で計算する場合は必ずこの「VertexBuffer」を使用します。


// Xファイルからメッシュ作成
this.LoadXFileMesh("Deruderu.x");

Xファイルからメッシュを作成するコードもまとめられるのでまとめました。引数として読み込むXファイル名を指定できるようにし、読み込みに失敗したら例外を返すようにしています。


// XYZ ライン作成
// 6つ分の頂点を作成
this._xyzLineVertexBuffer = new VertexBuffer(typeof(CustomVertex.PositionColored),
    6, this._device, Usage.None, CustomVertex.PositionColored.Format, Pool.Managed);

// 頂点バッファをロックして、位置、色情報を書き込む
using (GraphicsStream data = this._xyzLineVertexBuffer.Lock(0, 0, LockFlags.None))
{
    // 今回は各 XYZ のラインを原点(0.0f, 0.0f, 0.0f)からプラス方向に 10.0f 伸びた線を作成
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Red.ToArgb()));
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(10.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Red.ToArgb()));
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Green.ToArgb()));
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 10.0f, 0.0f, Color.Green.ToArgb()));
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 0.0f, Color.Blue.ToArgb()));
    data.Write(new CustomVertex.PositionColored(0.0f, 0.0f, 10.0f, Color.Blue.ToArgb()));

    this._xyzLineVertexBuffer.Unlock();
}

頂点情報を書き込みます。処理内容はポリゴンの頂点情報の書き込みとほとんど同じです。

今回は「XYZ」のライン3本と、1つの線に頂点が2つなので、合計頂点数は「6個」になります。

線は原点から各方向に 10.0 伸びるように位置を設定し、「X」は赤、「Y」は緑、「Z」は青の色に設定します。

ラインインデックス

また、今回は頂点データの配列を作成せずに、個々の頂点データを作成するたびにデータを書き込むようにしています。結果が同じなのでこのようにしてもかまいません。


// ライトを無効
this._device.RenderState.Lighting = false;

// XYZ ライン描画
this._device.SetStreamSource(0, this._xyzLineVertexBuffer, 0);
this._device.VertexFormat = CustomVertex.PositionColored.Format;
this._device.DrawPrimitives(PrimitiveType.LineList, 0, 3);

メインのライン描画ですが、これも基本的にポリゴンの描画とほとんど違いはありません。

ただ、一番最後の「DrawPrimitives」メソッドでは、プリミティブタイプを線同士を繋げない「PrimitiveType.LineList」で指定し、最後の引数はプリミティブの数は線が3つなので「3」を指定します。

また、ラインの頂点データには法線がないので、描画する前にライトを無効にしています。


// ライトを有効
this._device.RenderState.Lighting = true;

// メッシュの描画
this.RenderMesh();

メッシュの描画もメソッドにまとめました。ラインの描画でライトを無効にしているので、メッシュの描画前にライトを有効にしています。


// XYZ ラインの頂点バッファ解放
if (this._xyzLineVertexBuffer != null)
{
    this._xyzLineVertexBuffer.Dispose();
}

// メッシュの破棄
this.DisposeMesh();

いつもと同じようにリソースを破棄しています。