射影座標変換

Page creation date : Monday, August 3, 2020

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概要

射影座標変換のパラメータを操作しています。

射影座標変換

動作環境

必須環境


対応 XNA バージョン	4.0
対応プラットフォーム	Windows (XP SP2 以降, Vista, 7) Xbox 360 Windows Phone 7
Windows 必須頂点シェーダバージョン	2.0
Windows 必須ピクセルシェーダバージョン	2.0

動作確認環境


プラットフォーム	Windows 7 Xbox 360 Windows Phone 7 エミュレーター

サンプルの操作方法

動作	キーボード	Xbox 360 コントローラー	マウス	タッチ
視野角の変更	↑↓	左スティック(上下)	左ボタン(自動変更、動作切り替え)	-
アスペクト比の変更	←→	トリガー	左ボタン(自動変更、動作切り替え)	-
後方クリップ面の変更	A,Z	右スティック(上下)	左ボタン(自動変更、動作切り替え)	-

内容

射影座標変換について

射影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。

射影座標系

フィールド

射影座標変換に使用するパラメータを操作できるように「視野角」「アスペクト比」「クリッピング位置(前方、後方)」の４つのパラメータを用意します。

/// <summary>
/// 視野角(radian)
/// </summary>
private float angle = 45.0f;

/// <summary>
/// アスペクト比
/// </summary>
private float aspect = 1.0f;

/// <summary>
/// 手前のクリッピング位置
/// </summary>
private float nearLimit = 1.0f;

/// <summary>
/// 奥のクリッピング位置
/// </summary>
private float farLimit = 100.0f;

パラメータの操作

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)

視野角は「0 < x < π」の範囲で設定してください。(サンプルでは、射影座標変換を作成するときに degree から radian に変換しているので、ここでは「0 < x < 180」となります)

アスペクト比は 0 以下にならないようにします。

前方クリップ位置と後方クリップ位置は反転しなうようにします。また 0 以下に設定してはいけません。

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

///// 視野角を増減させる /////
float angleSpeed = 0.05f;
this.angle += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * this.angle * angleSpeed;

// 視野角は０～１８０度までの範囲とする
if (this.angle <= 0.0f)
{
    this.angle = 0.0001f;
}
else if (this.angle >= 180.0f)
{
    this.angle = 179.9999f;
}

/////// アスペクト比 /////
float aspectSpeed = 0.01f;
this.aspect -= gamePadState.Triggers.Left * this.aspect * aspectSpeed;
this.aspect += gamePadState.Triggers.Right * this.aspect * aspectSpeed;

/////// 奥のクリッピング位置 /////
float clipSpeed = 0.05f;
this.farLimit += gamePadState.ThumbSticks.Right.Y * this.farLimit * clipSpeed;

if (this.farLimit <= this.nearLimit)
{
    // 手前のクリッピング位置よりも手前に来てはいけない
    this.farLimit = this.nearLimit + 0.0001f;
}

プロジェクションマトリックスの作成

「Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView」メソッドに各パラメータをセットしてプロジェクションマトリックスを作成しています。

第１引数には視野角を radian の単位で指定します。サンプルでは degree の単位を「MathHelper.ToRadians」メソッドで radian に変換しています。

第２引数にはアスペクト比(縦横比)、第３引数には前方クリップ位置、第４引数には後方クリップ位置を指定します。

// プロジェクションマトリックスを作成
Matrix projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
        MathHelper.ToRadians(this.angle),
        this.aspect,
        this.nearLimit,
        this.farLimit
    );

Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView メソッド

ビューフィールドの設定に基づいて透視射影マトリックスを作成します。


fieldOfView	float	視野角。radian の単位で指定します。
aspectRatio	float	アスペクト比(縦横比)。通常は「ビューの幅÷高さ」の値を指定
nearPlaneDistance	float	前方クリップ位置。この位置より手前にあるオブジェクトは描画されません。
farPlaneDistance	float	後方クリップ位置。この位置より奥にあるオブジェクトは描画されません。
戻り値	Matrix	透視射影行列を返します

プロジェクションマトリックスのセット

プロジェクション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.model.Meshes)
{
    foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
    {
        // プロジェクションマトリックスを設定
        effect.Projection = projection;
    }

    // モデルを描画
    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 ProjectionMatrix
{
    /// <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>
        /// 視野角(radian)
        /// </summary>
        private float angle = 45.0f;

        /// <summary>
        /// アスペクト比
        /// </summary>
        private float aspect = 1.0f;

        /// <summary>
        /// 手前のクリッピング位置
        /// </summary>
        private float nearLimit = 1.0f;

        /// <summary>
        /// 奥のクリッピング位置
        /// </summary>
        private float farLimit = 100.0f;

        /// <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");

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

            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();

                    // ビューマトリックスをあらかじめ設定
                    effect.View = Matrix.CreateLookAt(
                        new Vector3(3.0f, 3.0f, 6.0f),
                        Vector3.Zero,
                        Vector3.Up
                    );
                }
            }

            // アスペクト比の初期値を設定
            this.aspect = (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width / this.GraphicsDevice.Viewport.Height;
        }

        /// <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) % 4;
            }
            this.isMousePressed = mouseState.LeftButton == ButtonState.Pressed;

            ///// 視野角を増減させる /////
            float angleSpeed = 0.05f;
            this.angle += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * this.angle * angleSpeed;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Down))
            {
                this.angle -= this.angle * angleSpeed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Up))
            {
                this.angle += this.angle * angleSpeed;
            }
            if (this.autoMode == 1)
            {
                this.angle = (float)(Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) + 1.0f) * 90.0f;
            }

            // 視野角は０～１８０度までの範囲とする
            if (this.angle <= 0.0f)
            {
                this.angle = 0.0001f;
            }
            else if (this.angle >= 180.0f)
            {
                this.angle = 179.9999f;
            }

            /////// アスペクト比 /////
            float aspectSpeed = 0.01f;
            this.aspect -= gamePadState.Triggers.Left * this.aspect * aspectSpeed;
            this.aspect += gamePadState.Triggers.Right * this.aspect * aspectSpeed;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Left))
            {
                this.aspect -= this.aspect * aspectSpeed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Right))
            {
                this.aspect += this.aspect * aspectSpeed;
            }
            if (this.autoMode == 2)
            {
                this.aspect = (float)(Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) + 1.0f) * 2.0f;
            }

            /////// 奥のクリッピング位置 /////
            float clipSpeed = 0.05f;
            this.farLimit += gamePadState.ThumbSticks.Right.Y * this.farLimit * clipSpeed;
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Z))
            {
                this.farLimit -= this.farLimit * clipSpeed;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.A))
            {
                this.farLimit += this.farLimit * clipSpeed;
            }
            if (this.autoMode == 3)
            {
                this.farLimit = (float)(Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) + 1.0f) * 8.0f;
            }

            if (this.farLimit <= this.nearLimit)
            {
                // 手前のクリッピング位置よりも手前に来てはいけない
                this.farLimit = this.nearLimit + 0.0001f;
            }

            // 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);

            // プロジェクションマトリックスを作成
            Matrix projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
                    MathHelper.ToRadians(this.angle),
                    this.aspect,
                    this.nearLimit,
                    this.farLimit
                );

            foreach (ModelMesh mesh in this.model.Meshes)
            {
                foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                {
                    // プロジェクションマトリックスを設定
                    effect.Projection = projection;
                }

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

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

            // テキストをスプライトとして描画する
            this.spriteBatch.DrawString(this.font,
                "Angle : " + this.angle + Environment.NewLine +
                "Aspect : " + this.aspect + Environment.NewLine +
                "NearLimit : " + this.nearLimit + Environment.NewLine +
                "FarLimit : " + this.farLimit + Environment.NewLine +
                "MousePressAutoMode : " + this.autoMode,
                new Vector2(50, 50), 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);
        }
    }
}

Load content with any asset name

Ball-to-ball collision judgment