ビュー座標変換

Sivun luontipäivämäärä : maanantai 3. elokuuta 2020

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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。

ビューマトリックス

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
カメラの位置移動	↑↓←→	左スティック	左ボタン (自動移動、動作切り替え)	-
カメラの注視点移動	W,Z,A,S	右スティック	左ボタン (自動移動、動作切り替え)	-
カメラの上方方向回転	X,C	トリガー	左ボタン (自動回転、動作切り替え)	-

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。


cameraPosition	Vector3	カメラの位置
cameraTarget	Vector3	カメラの注視点
cameraUpVector	Vector3	カメラの上方方向
戻り値	Matrix	ビューマトリックスを取得します

Vector3.Transform メソッド

ベクトルを座標変換します。


position	Vector3	変換元ベクトル
matrix	Matrix	座標変換
戻り値	Vector3	座標変換を行ったベクトル

Matrix.CreateRotationZ メソッド

Z軸を中心とした回転行列を作成します。


radians	float	回転角度(radian)
戻り値	Matrix	Z軸を中心とした回転行列

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);
        }
    }
}

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