Відображення трикутних многокутників

зведення

Він відображає трикутні багатокутники в 3D-просторі.

Робоче середовище

Передумови

Робоче середовище

речовина

Що таке багатокутник?

Багатокутник — це грань, яка породжується кількома визначеннями вершин. У загальному випадку багатокутник – це трикутна грань, що складається з трьох вершин. А тригон - це найменша одиниця багатокутника. Деяке програмне забезпечення для моделювання може відображати полігони як чотирикутники або багатокутники, але з часом вони будуть розкладені на трикутні многокутники.

Модель, що відображається в іграх, утворюється шляхом об'єднання декількох таких трикутних багатокутників.

Многокутники утворені вершинами. Вершини можуть мати такі дані, як позиція та колір. Цей зразок також виготовляється з даних «положення» та «колір».

Колір грані в цьому прикладі акуратно інтерполюється кольором і відстанню, встановленими для кожної вершини, але ви можете вільно змінювати його за допомогою власної шейдерної програми (докладніше про шейдерні програми іншим разом).

Визначення даних вершин

Для того, щоб відобразити багатокутник, потрібні «дані вершин», і програміст повинен вирішити, які елементи включити в цю вершину. При кресленні багатокутника ви повинні повідомити пристрою, який є двигуном креслення, з якими даними вершин намалювати багатокутник. Для цього створіть клас "VertexDeclaration" та встановіть "Визначення даних вершини".

Однак, починаючи з XNA Game Studio 4.0, ця настройка була спрощена, і вам не потрібно готувати клас VertexDeclaration для цієї поради. (Це пов'язано з тим, що інформація про визначення вже вбудована в дані вершин, надані фреймворком.)

Дані про вершини

Я писав, що для малювання багатокутників потрібні дані вершин, але спочатку ми повинні вирішити, які дані ми хочемо мати. У цьому випадку ми будемо використовувати дані "position" та "color". Після того, як ви вирішили, які дані ви хочете мати, вам потрібно створити структуру для зберігання цих даних. У вас є певна свобода вирішувати, що таке дані вершин, але часто використовувані дані вершин вже визначені в XNA Framework, тому зразок використовує їх.

Дані вершин з "position" та "color" визначаються як структура "VertexPositionColor". Оскільки для формування багатокутника потрібно кілька вершин, ми оголошуємо його у вигляді масиву.

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

ефект

У XNA, коли ви малюєте багатокутник, вам потрібно написати окрему шейдерну програму, щоб вирішити, як його намалювати. Для цього створіть окремий файл ефектів, напишіть програму, завантажте її як клас ефектів і запустіть шейдерну програму.

Однак, якщо вам не потрібно малювати прості трикутні багатокутники, як цей, або складні ефекти малювання, це може бути дуже громіздким завданням.

З цієї причини XNA визначає розширені ефекти, які дозволяють встановити необхідні елементи як властивості, щоб вам не доводилося писати шейдерну програму для базового малювання. Це і є клас "BasicEffect". Оскільки метою цієї статті є малювання багатокутників, ми будемо використовувати "BasicEffect", для малювання якого не потрібно багато зусиль.

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

Про ефекти та BasicEffects я розповім іншим разом.

До речі, Windows Phone 7 не дозволяє використовувати власні ефекти, тільки вбудовані в фреймворки на кшталт BasicEffect.

Створення визначення даних вершини

До XNA Framework 3.1 вам доводилося явно створювати їх програмно, але починаючи з 4.0, вбудована інформація про вершини фреймворку вже включена в інформацію про вершини як "IVertexType.VertexDeclaration", тому ми будемо використовувати її.

Створення ефектів

Створіть клас BasicEffect. Встановіть властивість BasicEffect.VertexColorEnabled на true, щоб зберегти кольори вершин.

// 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 будівник

Створіть екземпляр класу ефектів "BasicEffect", який виконує колір вершини, текстуру та освітлення за допомогою Shader Model 2.0.

Матриця виду та проекційна матриця

Встановіть для параметра BasicEffect матрицю перегляду та проекційну матрицю. Концептуальне пояснення кожного з них можна знайти за посиланнями нижче.

• Про перетворення координат 3D-моделей
• Переглянути систему координат
• Проективна система координат

// 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
    );

Для створення матриці представлення використовується метод "Matrix.CreateLookAt".

Перший аргумент визначає положення камери, другий аргумент визначає точку інтересу камери, а третій аргумент визначає напрямок камери вгору.

У цьому випадку задається дивитися на початок координат з позиції (0, 0, 15).

Matrix.CreateLookAt метод

Створення матриці представлення.

Щоб згенерувати проекційну матрицю, використовуйте метод "Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView".

Перший аргумент – кут огляду в радіанах. У вибірці одиниця градусів перетворюється в радіан за допомогою методу "MathHelper.ToRadians". Докладнішу інформацію про Радіан та Градус дивіться Радіан та Градус.

Другий аргумент визначає співвідношення сторін (aspect ratio). Зазвичай ви вказуєте значення для параметрів «Ширина ÷ висота перегляду». У зразку вона розраховується з ширини і висоти, встановлених для вікна перегляду пристрою.

Третій аргумент визначає позицію обрізання вперед, а четвертий аргумент — позицію відсікання назад.

Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView метод

Створює матрицю перспективної проекції на основі налаштувань поля огляду.

Створення даних вершин

Створити три вершинні дані. Спочатку ми створимо масив і створимо кожну вершину.

// 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);

Щоб створити дані вершини, вкажіть "позицію вершини" та "колір вершини" у конструкторі "VertexPositionColor".

VertexPositionColor будівник

Створити екземпляр структури "VertexPositionColor" з даними про позицію та колір вершини.

Встановіть положення вершин на діапазон, який можна побачити з камери. Крім того, встановіть розташування вершин так, щоб воно було «за годинниковою стрілкою (за годинниковою стрілкою)». Якщо встановити його в положення «проти годинникової стрілки», багатокутник не буде видно. Пояснення цього можна знайти в розділі Визначення граней багатокутника для малювання.

Малювання багатокутників

// 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);

Існує два типи ефектів, які називаються «техніками» і «контурами», за допомогою яких ви запускаєте справжню програму малювання. Оскільки в одному ефекті може бути кілька шляхів, я намагаюся викликати їх багаторазово. Однак, в BasicEffect є одна техніка і один шлях, тому ви можете вказати індекс шляху безпосередньо, але наведений вище опис буде чистішим, тому що ви можете замінити його іншими ефектами.

Перед початком самого малюнка викличте метод "EffectPass.Apply", щоб запустити прохід. За допомогою виклику цього методу на графічний пристрій застосовуються параметри ефекту, який буде використовуватися цього разу.

Після того, як ви почали шлях, намалюйте багатокутник методом "GraphicsDevice.DrawUserPrimitives".

Перший аргумент визначає тип примітиву, який потрібно намалювати. В даному випадку ми будемо малювати трикутний багатокутник, тому вказуємо "PrimitiveType.TriangleList".

Другий аргумент вказує на створені дані вершини.

Третій аргумент вказує вершину, з якої потрібно черпати. У нормі це 0.

Четвертий аргумент вказує кількість примітивів, які потрібно намалювати. У цьому випадку є лише один трикутний багатокутник, тому вкажіть 1. Зверніть увагу, що це не кількість вершин.

GraphicsDevice.DrawUserPrimitives метод

Малює примітиви на основі даних вершин, наданих користувачем.

Ось і все для програми малювання. Якщо ви дійсно запустите його і з'явиться трикутник, ви закінчили.

Всі коди

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);
        }
    }
}