Matrix multiplication

summary

Movement, rotation, and scale are multiplied to generate a matrix and manipulate the model. In the sample, the red side of the box is operated as the front.

Operating environment

Prerequisites

Operating environment

How to work with the sample

substance

field

The sample moves, rotates, and scales the model. Since multiple operations are performed, for the sake of simplification, the movement is X, Z for rotation is only the Y axis, and the scale is X, Y, and Z.

/// <summary>
/// モデルの位置
/// </summary>
private Vector3 position = Vector3.Zero;

/// <summary>
/// モデルの回転(radian)
/// </summary>
private float rotate = 0.0f;

/// <summary>
/// モデルのスケール
/// </summary>
private float scale = 1.0f;

Working with Models

The Game.Update method manipulates each parameter from the input information. In this case, we are simply changing the values of each field. (The code below is excerpted only from the operation part with the gamepad)

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


///// 拡大縮小 /////

// ゲームパッドによるモデルの拡大縮小
if (gamePadState.IsConnected)
{
    this.scale = gamePadState.ThumbSticks.Right.Y + 1.0f;
}

///// 回転 /////

// ゲームパッドによる回転
if (gamePadState.IsConnected)
{
    this.rotate -= gamePadState.ThumbSticks.Left.X * 0.1f;
}

///// 移動 /////

// 進むべき方向
Vector3 frontDirection =
    Vector3.TransformNormal(Vector3.UnitZ, Matrix.CreateRotationY(this.rotate));

// ゲームパッドによるモデルの移動操作
if (gamePadState.IsConnected)
{
    this.position += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * frontDirection * 0.1f;
}

When moving, the direction in which it should be moved is determined from the current amount of rotation.

You can rotate a vector by setting the direction of movement when it is not rotating to (0, 0, 1) and multiplying this vector by the rotation matrix with the "Vector3.TransformNormal" method. Since the vector to be obtained is a "unit vector", it can be advanced in the direction it is facing by multiplying it by the amount of movement.

Vector3.TransformNormal method

Coordinate the 3D vector is transformed by the matrix.

Coordinate Transformations

Create a matrix based on each parameter. By multiplying these matrices, you can apply multiple transformations. Note that it is not addition.

It should also be noted that the order in which they are multiplied is also fixed. Basically, it is common to multiply in the order of "scale", "rotation", and "movement". You can also change the order, but the result will be different. Try it by modifying the program on your own.

// 座標変換の初期化
Matrix transform = Matrix.Identity;

// 拡大縮小
transform *= Matrix.CreateScale(this.scale);

// 回転
transform *= Matrix.CreateRotationY(this.rotate);

// 移動
transform *= Matrix.CreateTranslation(this.position);

foreach (ModelMesh mesh in this.model.Meshes)
{
    // 座標変換を設定
    foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
    {
        effect.World = transform;
    }

    // モデルを描画
    mesh.Draw();
}

All 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 TransformWorldMatrix
{
    /// <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>
        /// モデルの位置
        /// </summary>
        private Vector3 position = Vector3.Zero;

        /// <summary>
        /// モデルの回転(radian)
        /// </summary>
        private float rotate = 0.0f;

        /// <summary>
        /// モデルのスケール
        /// </summary>
        private float scale = 1.0f;

        /// <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");

            // 今回はパラメータを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();

                    // ビューマトリックスをあらかじめ設定
                    effect.View = Matrix.CreateLookAt(
                        new Vector3(0.0f, 20.0f, 2.0f),
                        Vector3.Zero,
                        Vector3.Up
                    );

                    // プロジェクションマトリックスをあらかじめ設定
                    effect.Projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
                        MathHelper.ToRadians(45.0f),
                        (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width /
                            (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Height,
                        1.0f,
                        100.0f
                    );
                }
            }
        }

        /// <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;


            ///// 拡大縮小 /////

            // キーボードによる拡大縮小
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.A))
            {
                this.scale *= 1.01f;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Z))
            {
                this.scale /= 1.01f;
            }

            // ゲームパッドによるモデルの拡大縮小
            if (gamePadState.IsConnected)
            {
                this.scale = gamePadState.ThumbSticks.Right.Y + 1.0f;
            }

            if (this.autoMode == 1)
            {
                this.scale = (float)(Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds) + 1);
            }

            ///// 回転 /////

            // キーボードによる回転
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Left))
            {
                this.rotate += 0.1f;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Right))
            {
                this.rotate -= 0.1f;
            }

            // ゲームパッドによる回転
            if (gamePadState.IsConnected)
            {
                this.rotate -= gamePadState.ThumbSticks.Left.X * 0.1f;
            }

            if (this.autoMode == 2)
            {
                this.rotate += (float)gameTime.ElapsedGameTime.TotalSeconds;
            }

            ///// 移動 /////

            // 進むべき方向
            Vector3 frontDirection =
                Vector3.TransformNormal(Vector3.UnitZ, Matrix.CreateRotationY(this.rotate));

            // キーボードによるモデルの移動操作
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Up))
            {
                this.position += frontDirection * 0.1f;
            }
            if (keyState.IsKeyDown(Keys.Down))
            {
                this.position -= frontDirection * 0.1f;
            }

            // ゲームパッドによるモデルの移動操作
            if (gamePadState.IsConnected)
            {
                this.position += gamePadState.ThumbSticks.Left.Y * frontDirection * 0.1f;
            }

            if (this.autoMode == 3)
            {
                this.position += frontDirection * (float)(Math.Sin(gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds)) * 0.1f;
            }

            // 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);

            // 座標変換の初期化
            Matrix transform = Matrix.Identity;

            // 拡大縮小
            transform *= Matrix.CreateScale(this.scale);

            // 回転
            transform *= Matrix.CreateRotationY(this.rotate);

            // 移動
            transform *= Matrix.CreateTranslation(this.position);

            foreach (ModelMesh mesh in this.model.Meshes)
            {
                // 座標変換を設定
                foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
                {
                    effect.World = transform;
                }

                // 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,
                "[Position]" + Environment.NewLine +
                "  X:" + this.position.X.ToString() + Environment.NewLine +
                "  Y:" + this.position.Y.ToString() + Environment.NewLine +
                "  Z:" + this.position.Z.ToString() + Environment.NewLine +
                "[Rotate]" + Environment.NewLine +
                "  " + this.rotate.ToString() + Environment.NewLine +
                "[Scale]" + Environment.NewLine +
                "  " + this.scale.ToString() + 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);
        }
    }
}