טרנספורמציית קואורדינטות פרויקטיבית

תקציר

מניפולציה של הפרמטרים של טרנספורמציית הקואורדינטות הפרויקטיבית.

סביבת הפעלה

דרישות מוקדמות

סביבת הפעלה

כיצד לעבוד עם המדגם

חומר

אודות טרנספורמציות קואורדינטות פרויקטיביות

עיין בדף הבא לקבלת סקירה כללית של טרנספורמציות קואורדינטות פרויקטיביות.

• מערכת קואורדינטות פרויקטיבית

שדה

ארבעה פרמטרים מוכנים כך שניתן יהיה לתפעל את הפרמטרים המשמשים להמרת קואורדינטות פרויקטיביות: "זווית צפייה", "יחס גובה-רוחב" ו"מיקום חיתוך (קדימה, אחורה)".

/// <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;

עבודה עם פרמטרים

בשיטת Game.Update, אנו משתמשים במקלדת ובבקר כדי לתפעל כל פרמטר. לקבלת פרטים על כל פעולה, ראה "כיצד לבצע" בחלק העליון של דף זה. (הקוד להלן מובא רק מחלק הפעולה עם לוח המשחק)

הגדר את זווית הצפייה בטווח של "0 < x < π". (בדוגמה, כאשר אנו יוצרים את הטרנספורמציה הפרויקטיבית, אנו ממירים אותה ממעלה לרדיאנית, כך שכאן היא "0 < x < 180").

יחס הרוחב-גובה לא צריך להיות קטן או שווה ל- 0.

אין להפוך את מיקומי הקליפ קדימה ואחורה. אין להגדיר אותו ל- 0 או פחות.

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;
}

יצירת מטריצת הקרנה

מטריצת ההקרנה נוצרת על-ידי הגדרת כל פרמטר בפעולת השירות "Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView".

הטיעון הראשון הוא זווית הצפייה ברדיאנים. במדגם, יחידת התואר מומרת לרדיאנים בשיטת "MathHelper.ToRadians".

הארגומנט השני מציין את יחס הרוחב-גובה (יחס גובה-רוחב), הארגומנט השלישי מציין את מיקום החיתוך קדימה והארגומנט הרביעי מציין את מיקום החיתוך האחורי.

// 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 שיטת

יצירת מטריצת הקרנת פרספקטיבה המבוססת על הגדרות שדה התצוגה.

קבוצה של מטריצות הקרנה

לכל אפקט מוגדרת מטריצת הקרנה.

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();
}

כל הקודים

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);
        }
    }
}