การแสดงรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยม

สรุป

แสดงรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยมในพื้นที่ 3 มิติ

สภาพแวดล้อมในการทํางาน

ข้อกําหนดเบื้องต้น

สภาพแวดล้อมในการทํางาน

สาร

รูปหลายเหลี่ยมคืออะไร?

รูปหลายเหลี่ยมคือใบหน้าที่สร้างขึ้นโดยคําจํากัดความจุดยอดหลายจุด โดยทั่วไปรูปหลายเหลี่ยมเป็นใบหน้าสามเหลี่ยมที่ประกอบด้วยจุดยอดสามจุด และตรีกอนเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของรูปหลายเหลี่ยม ซอฟต์แวร์การสร้างแบบจําลองบางตัวอาจแสดงรูปหลายเหลี่ยมเป็นรูปสี่เหลี่ยมหรือรูปหลายเหลี่ยม แต่ในที่สุดสิ่งเหล่านี้จะถูกย่อยสลายเป็นรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยม

โมเดลที่แสดงในเกมเกิดจากการรวมรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยมเหล่านี้เข้าด้วยกัน

รูปหลายเหลี่ยมเกิดจากจุดยอด จุดยอดสามารถมีข้อมูล เช่น ตําแหน่งและสี ตัวอย่างนี้ยังทําจากข้อมูล "ตําแหน่ง" และ "สี"

สีของใบหน้าในตัวอย่างนี้ถูกแทรกอย่างเรียบร้อยตามสีและระยะทางที่ตั้งไว้สําหรับแต่ละจุดยอด แต่คุณสามารถเปลี่ยนได้อย่างอิสระด้วยโปรแกรม shader ของคุณเอง (เพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรแกรม shader ในครั้งต่อไป)

คําจํากัดความของข้อมูล Vertex

ในการแสดงรูปหลายเหลี่ยม จําเป็นต้องมี "ข้อมูลจุดยอด" และโปรแกรมเมอร์ต้องตัดสินใจว่าจะรวมองค์ประกอบใดไว้ในจุดยอดนั้น เมื่อวาดรูปหลายเหลี่ยม คุณต้องบอกอุปกรณ์ ซึ่งเป็นเอ็นจิ้นการวาดภาพ ข้อมูลจุดยอดใดที่จะวาดรูปหลายเหลี่ยมด้วย เมื่อต้องการทําเช่นนี้ ให้สร้างคลาส "VertexDeclaration" และตั้งค่า "คําจํากัดความข้อมูลจุดยอด"

อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ XNA Game Studio 4.0 การตั้งค่านี้ง่ายขึ้น และคุณไม่จําเป็นต้องเตรียมคลาส VertexDeclaration สําหรับเคล็ดลับนี้ (เนื่องจากข้อมูลคําจํากัดความถูกฝังอยู่ในข้อมูลจุดยอดที่เฟรมเวิร์กให้ไว้แล้ว)

ข้อมูลจุดสูงสุด

ฉันเขียนว่าข้อมูลจุดยอดเป็นสิ่งจําเป็นในการวาดรูปหลายเหลี่ยม แต่ก่อนอื่นเราต้องตัดสินใจว่าเราต้องการมีข้อมูลประเภทใด ในกรณีนี้ เราจะใช้ข้อมูล "ตําแหน่ง" และ "สี" เมื่อคุณตัดสินใจได้แล้วว่าต้องการมีข้อมูลใดคุณต้องสร้างโครงสร้างเพื่อเก็บข้อมูลนั้น คุณมีอิสระในการตัดสินใจว่าข้อมูลจุดยอดคืออะไร แต่ข้อมูลจุดยอดที่ใช้กันทั่วไปถูกกําหนดไว้ในเฟรมเวิร์ก XNA แล้ว ดังนั้นตัวอย่างจึงใช้ข้อมูลจุดยอด

ข้อมูลจุดยอดที่มี "ตําแหน่ง" และ "สี" ถูกกําหนดให้เป็นโครงสร้าง "VertexPositionColor" เนื่องจากจําเป็นต้องมีจุดยอดหลายจุดเพื่อสร้างรูปหลายเหลี่ยม เราจึงประกาศว่าเป็นอาร์เรย์

/// <summary>
/// 頂点データリスト
/// </summary>
private VertexPositionColor[] vertices = null;

ผล

ใน XNA เมื่อคุณวาดรูปหลายเหลี่ยม คุณต้องเขียนโปรแกรม shader แยกต่างหากเพื่อตัดสินใจว่าจะวาดอย่างไร ในการดําเนินการนี้ ให้สร้างไฟล์เอฟเฟกต์แยกต่างหาก เขียนโปรแกรม โหลดเป็นคลาสเอฟเฟกต์ และเรียกใช้โปรแกรม shader

อย่างไรก็ตาม หากคุณไม่จําเป็นต้องวาดรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยมธรรมดาๆ เช่นนี้ หรือเอฟเฟกต์การวาดที่ซับซ้อน อาจเป็นงานที่ยุ่งยากมาก

ด้วยเหตุนี้ XNA จึงกําหนดเอฟเฟ็กต์แบบขยายที่ช่วยให้คุณสามารถตั้งค่ารายการที่จําเป็นเป็นคุณสมบัติ เพื่อให้คุณไม่ต้องเขียนโปรแกรม shader สําหรับการวาดแบบพื้นฐาน นั่นคือคลาส "BasicEffect" เนื่องจากจุดประสงค์ของบทความนี้คือการวาดรูปหลายเหลี่ยม เราจะใช้ "BasicEffect" ที่ไม่ต้องใช้ความพยายามมากนักในการวาด

/// <summary>
/// 基本エフェクト
/// </summary>
private BasicEffect basicEffect = null;

ฉันจะพูดถึงเอฟเฟกต์และ BasicEffects เพิ่มเติมในครั้งต่อไป

อย่างไรก็ตาม Windows Phone 7 ไม่อนุญาตให้คุณใช้เอฟเฟกต์ของคุณเอง แต่เฉพาะเอฟเฟกต์ที่สร้างขึ้นในเฟรมเวิร์กเช่น BasicEffect เท่านั้น

สร้างข้อกําหนดข้อมูลจุดยอด

จนถึง XNA Framework 3.1 คุณต้องสร้างโดยทางโปรแกรมอย่างชัดเจน แต่ตั้งแต่ 4.0 ข้อมูล จุดยอดในตัวของเฟรมเวิร์กจะรวมอยู่ในข้อมูลจุดยอดเป็น "IVertexType.VertexDeclaration" แล้ว ดังนั้นเราจะใช้ข้อมูลนี้

การสร้างเอฟเฟกต์

สร้างคลาส BasicEffect ตั้งค่าคุณสมบัติ BasicEffect.VertexColorEnabled เป็น true เพื่อรักษาสีจุดยอด

// エフェクトを作成
this.basicEffect = new BasicEffect(this.GraphicsDevice);

// エフェクトで頂点カラーを有効にする
this.basicEffect.VertexColorEnabled = true;

BasicEffect ผู้สร้าง

สร้างอินสแตนซ์ของคลาสเอฟเฟกต์ "BasicEffect" ที่แสดงสีจุดยอด พื้นผิว และแสงโดยใช้ Shader Model 2.0

ดูเมทริกซ์และเมทริกซ์การฉายภาพ

ตั้งค่า BasicEffect เป็นเมทริกซ์มุมมองและเมทริกซ์การฉายภาพ สําหรับคําอธิบายเชิงแนวคิดของแต่ละรายการ โปรดดูลิงก์ด้านล่าง

• เกี่ยวกับการแปลงพิกัดของโมเดล 3 มิติ
• ดูระบบพิกัด
• ระบบพิกัดแบบฉายภาพ

// ビューマトリックスをあらかじめ設定 ((0, 0, 15) から原点を見る)
this.basicEffect.View = Matrix.CreateLookAt(
        new Vector3(0.0f, 0.0f, 15.0f),
        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
this.basicEffect.Projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
        MathHelper.ToRadians(45.0f),
        (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width /
            (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Height,
        1.0f,
        100.0f
    );

หากต้องการสร้างเมทริกซ์มุมมอง ให้ใช้เมธอด "Matrix.CreateLookAt"

อาร์กิวเมนต์แรกระบุตําแหน่งของกล้องอาร์กิวเมนต์ที่สองระบุจุดสนใจของกล้องและอาร์กิวเมนต์ที่สามระบุทิศทางขึ้นของกล้อง

ในกรณีนี้ จะตั้งค่าให้ดูที่จุดเริ่มต้นจากตําแหน่ง (0, 0, 15)

Matrix.CreateLookAt วิธี

สร้างเมทริกซ์มุมมอง

เมื่อต้องการสร้างเมทริกซ์การฉายภาพ ให้ใช้เมธอด "Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView"

ข้อโต้แย้งแรกคือมุมมองเป็นเรเดียน ในตัวอย่าง หน่วยองศาจะถูกแปลงเป็นเรเดียนโดยใช้วิธี "MathHelper.ToRadians" สําหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรเดียนและองศา โปรดดู เรเดียนและองศา

อาร์กิวเมนต์ที่สองระบุอัตราส่วนภาพ (อัตราส่วนภาพ) โดยปกติ คุณจะระบุค่าสําหรับ ความกว้างของมุมมอง ÷ ความสูง ในตัวอย่างจะคํานวณจากความกว้างและความสูงที่ตั้งไว้สําหรับวิวพอร์ตของอุปกรณ์

อาร์กิวเมนต์ที่สามระบุตําแหน่งการตัดไปข้างหน้า และอาร์กิวเมนต์ที่สี่ระบุตําแหน่งการตัดย้อนกลับ

Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView วิธี

สร้างเมทริกซ์การฉายภาพเปอร์สเปคทีฟตามการตั้งค่าของฟิลด์มุมมอง

การสร้างข้อมูล Vertex

สร้างข้อมูลจุดยอดสามรายการ ขั้นแรกเราจะสร้างอาร์เรย์และสร้างจุดยอดแต่ละจุด

// 頂点データを作成する
this.vertices = new VertexPositionColor[3];

this.vertices[0] = new VertexPositionColor(new Vector3(0.0f, 3.0f, 0.0f),
                                           Color.Red);
this.vertices[1] = new VertexPositionColor(new Vector3(3.0f, -2.0f, 0.0f),
                                           Color.Blue);
this.vertices[2] = new VertexPositionColor(new Vector3(-3.0f, -2.0f, 0.0f),
                                           Color.Green);

ในการสร้างข้อมูลจุดยอด ให้ระบุ "ตําแหน่งจุดยอด" และ "สีจุดยอด" ในตัวสร้างของ "VertexPositionColor"

VertexPositionColor ผู้สร้าง

สร้างอินสแตนซ์ของโครงสร้าง "VertexPositionColor" ด้วยข้อมูลตําแหน่งและจุดยอดสี

ตั้งค่าตําแหน่งของจุดยอดเป็นช่วงที่สามารถมองเห็นได้จากกล้อง นอกจากนี้ ให้ตั้งค่าการจัดเรียงจุดยอดเป็น "ตามเข็มนาฬิกา (ตามเข็มนาฬิกา)" หากคุณตั้งค่าเป็น "ทวนเข็มนาฬิกา" รูปหลายเหลี่ยมจะมองไม่เห็น สําหรับคําอธิบายนี้ โปรดดู การระบุใบหน้าของรูปหลายเหลี่ยมที่จะวาด

การวาดรูปหลายเหลี่ยม

// パスの数だけ繰り替えし描画 (といっても直接作成した BasicEffect は通常１回)
foreach (EffectPass pass in this.basicEffect.CurrentTechnique.Passes)
{
    // パスの開始
    pass.Apply();

    // ポリゴンを描画する
    this.GraphicsDevice.DrawUserPrimitives(
        PrimitiveType.TriangleList,
        this.vertices,
        0,
        1
    );
}

// 登録された DrawableGameComponent を描画する
base.Draw(gameTime);

เอฟเฟกต์มีสองประเภทที่เรียกว่า "เทคนิค" และ "เส้นทาง" ซึ่งคุณเรียกใช้โปรแกรมวาดภาพจริง เนื่องจากอาจมีหลายเส้นทางในเอฟเฟกต์เดียว ฉันจึงพยายามเรียกซ้ําๆ ใน foreach อย่างไรก็ตาม ใน BasicEffect มีเทคนิคเดียวและเส้นทางเดียว คุณจึงสามารถระบุดัชนีของเส้นทางได้โดยตรง แต่คําอธิบายข้างต้นจะสะอาดกว่าเพราะคุณสามารถแทนที่เอฟเฟกต์อื่นๆ ได้

ก่อนเริ่มการวาดภาพจริง ให้เรียกใช้เมธอด "EffectPass.Apply" เพื่อเริ่มการส่งผ่าน เมื่อเรียกวิธีนี้พารามิเตอร์ของเอฟเฟกต์ที่จะใช้ในครั้งนี้จะถูกนําไปใช้กับอุปกรณ์กราฟิก

เมื่อคุณเริ่มเส้นทางแล้ว ให้วาดรูปหลายเหลี่ยมด้วยเมธอด "GraphicsDevice.DrawUserPrimitives"

อาร์กิวเมนต์แรกระบุประเภทของ primitive ที่จะวาด ในกรณีนี้เราจะวาดรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยมดังนั้นให้ระบุ "PrimitiveType.TriangleList"

อาร์กิวเมนต์ที่สองระบุข้อมูลจุดยอดที่สร้างขึ้น

อาร์กิวเมนต์ที่สามระบุจุดยอดที่จะวาด โดยปกตินี่คือ 0

อาร์กิวเมนต์ที่สี่ระบุจํานวนดั้งเดิมที่จะวาด ในกรณีนี้มีรูปหลายเหลี่ยมสามเหลี่ยมเพียงรูปเดียวดังนั้นให้ระบุ 1 โปรดทราบว่าไม่ใช่จํานวนจุดยอด

GraphicsDevice.DrawUserPrimitives วิธี

วาดภาพดั้งเดิมตามข้อมูลจุดยอดที่ผู้ใช้ให้มา

นั่นคือโปรแกรมวาดภาพ หากคุณเรียกใช้จริงและสามเหลี่ยมปรากฏขึ้นแสดงว่าคุณทําเสร็จแล้ว

รหัสทั้งหมด

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 DrawTriangle
{
    /// <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>
        /// 頂点データリスト
        /// </summary>
        private VertexPositionColor[] vertices = null;

        /// <summary>
        /// 基本エフェクト
        /// </summary>
        private BasicEffect basicEffect = null;


        /// <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);

            // エフェクトを作成
            this.basicEffect = new BasicEffect(this.GraphicsDevice);

            // エフェクトで頂点カラーを有効にする
            this.basicEffect.VertexColorEnabled = true;

            // ビューマトリックスをあらかじめ設定 ((0, 0, 15) から原点を見る)
            this.basicEffect.View = Matrix.CreateLookAt(
                    new Vector3(0.0f, 0.0f, 15.0f),
                    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
            this.basicEffect.Projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
                    MathHelper.ToRadians(45.0f),
                    (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Width /
                        (float)this.GraphicsDevice.Viewport.Height,
                    1.0f,
                    100.0f
                );

            // 頂点データを作成する
            this.vertices = new VertexPositionColor[3];

            this.vertices[0] = new VertexPositionColor(new Vector3(0.0f, 3.0f, 0.0f),
                                                       Color.Red);
            this.vertices[1] = new VertexPositionColor(new Vector3(3.0f, -2.0f, 0.0f),
                                                       Color.Blue);
            this.vertices[2] = new VertexPositionColor(new Vector3(-3.0f, -2.0f, 0.0f),
                                                       Color.Green);
        }

        /// <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)
        {
            // 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 (GamePad.GetState(PlayerIndex.One).Buttons.Back == ButtonState.Pressed)
            {
                this.Exit();
            }

            // TODO: ここに更新処理を記述してください

            // 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);

            // パスの数だけ繰り替えし描画 (といっても直接作成した BasicEffect は通常１回)
            foreach (EffectPass pass in this.basicEffect.CurrentTechnique.Passes)
            {
                // パスの開始
                pass.Apply();

                // ポリゴンを描画する
                this.GraphicsDevice.DrawUserPrimitives(
                    PrimitiveType.TriangleList,
                    this.vertices,
                    0,
                    1
                );
            }

            // 登録された DrawableGameComponent を描画する
            base.Draw(gameTime);
        }
    }
}