从零3D基础入门XNA

【题外话】

上1篇文章介绍了3D开垦基础与XNA开采顺序的完整布局,以及利用Model类的Draw方法将模型绘制到显示器上。本文接着上壹篇小说继续,介绍XNA中模型的布局、BasicEffect的使用以及用户输入和分界面展现的主意等,本文尽量把境遇的概念都深入分析清楚,但又避开复杂的数学方面的学识,希望对从未接触过3D开荒的同室有所扶助。

 

【连串索引】

  1. 从零3D基础入门XN凯美瑞.0(一)——3D开采基础
  2. 从零3D基础入门XN亚洲龙.0(二)——模型和BasicEffect

 

【小说索引】

  1. Model模型的协会
  2. BasicEffect效果的安装
  3. XNA的用户输入
  4. XNA分界面包车型大巴突显格局

 

【壹、Model模型的构造】

上壹篇小说使用Model自带的Draw方法完成了第3手将载入的Model绘制到钦定的任务上去,然而有的时候绘制出来的成效并不符合大家的预想,比方下图(下图的模子是经过Maya创立的1个房间):

图片 1

经过ILSpy查看Microsoft.Xna.Framework.Graphics.Model,可以看看其Draw方法的代码如下:

图片 2图片 3

 1 public void Draw(Matrix world, Matrix view, Matrix projection)
 2 {
 3     int count = this.meshes.Count;
 4     int count2 = this.bones.Count;
 5     Matrix[] array = Model.sharedDrawBoneMatrices;
 6     if (array == null || array.Length < count2)
 7     {
 8         array = new Matrix[count2];
 9         Model.sharedDrawBoneMatrices = array;
10     }
11     this.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(array);
12     for (int i = 0; i < count; i++)
13     {
14         ModelMesh modelMesh = this.meshes[i];
15         int index = modelMesh.ParentBone.Index;
16         int count3 = modelMesh.Effects.Count;
17         for (int j = 0; j < count3; j++)
18         {
19             Effect effect = modelMesh.Effects[j];
20             if (effect == null)
21             {
22                 throw new InvalidOperationException(FrameworkResources.ModelHasNoEffect);
23             }
24             IEffectMatrices effectMatrices = effect as IEffectMatrices;
25             if (effectMatrices == null)
26             {
27                 throw new InvalidOperationException(FrameworkResources.ModelHasNoIEffectMatrices);
28             }
29             effectMatrices.World = array[index] * world;
30             effectMatrices.View = view;
31             effectMatrices.Projection = projection;
32         }
33         modelMesh.Draw();
34     }
35 }

View Code

其间可见,Draw方法通过遍历模型的Mesh,然后再遍历每一个Mesh的Effect,并对每一个Effect进行设置,最后选用Mesh的Draw方法将其绘制到显示屏上。

为了打探Model的渲染,大家率先要求精通Model的构造。实际上,在一个Model对象中,包罗Bone集结(model.Bones)、Mesh集合(model.Meshes)以及根Bone(model.Root)多少个属性,其组织和事关如下

图片 4

能够看到对于每一种ModelMesh,包括一组ModelMeshPart与3个ParentBone。当中,

  • ModelMesh表示单个可以独立运动的大意对象。比如,1个car的Model可以分包三个车体(body)的ModelMesh、多少个车轱辘(wheel)的ModelMesh与一对门(door)的ModelMesh。
  • ModelMeshPart表示单个无差别于材质的构件,其象征一个单独的绘图调用(draw
    call)。比如,上述车身能够包涵着色的表面、使用情形映射(environment
    mapping)效果的挡风玻璃以及选拔法线贴图(normalmap
    texture)效果的座椅等等。
  • ModelBone表示了对应的ModelMesh怎么着转换,其涵盖二个Transform的转变矩阵。ModelBone是以树形存款和储蓄的,种种ModelBone都有3个父节点以及若干个子节点。上述的每一个ModelMesh都有3个ParentBone,ModelMesh能够依照ModelBone的更改成分明最后彰显的位置等。比方,上述车门的ModelBone与车轮的ModelBone是车身的子节点等等。

所以遍历3个Model中有所的ModelMesh,然后遍历当中全数的ModelMeshPart,并且依据ModelMesh的ParentBone来将每三个ModelMeshPart绘制到钦定的岗位上就能够绘制出一体化的Model。

然则对于每一个ModelMeshPart,其实际渲染的效应都存在Effect的属性中,对于私下认可来讲,Effect均为BasicEffect。其它,对于ModelBone,其转移矩阵都以周旋其本身的Parent来的,然则Model类也提供了三个办法,即CopyAbsoluteBoneTransformsTo(),就可以将每一种Bone相对于RootBone的改动矩阵复制到一个矩阵数组中,然后将其选择到Effect中就可以。这种艺术与上述提到的Model.Draw类似,可是自身写的话就能够自定义每种ModelMeshPart渲染的作用,当然也足以安装各个ModelMeshPart的渲染位置。

那正是说接下去就遵照这几个思路去贯彻,同时在装置每3个Effect时,使用Effect提供的施用暗中认可光照的方法EnableDefaultLighting(),启用后效果如下:

图片 5

那样的效能就达到了我们的意料,按上述的法子完成的代码如下:

图片 6图片 7

 1 Matrix world = Matrix.CreateWorld(Vector3.Zero, Vector3.Forward, Vector3.Up);
 2 
 3 Matrix[] transforms = new Matrix[model.Bones.Count];
 4 this.model.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(transforms);
 5 
 6 foreach (ModelMesh mesh in model.Meshes)
 7 {
 8     Int32 boneIndex = mesh.ParentBone.Index;
 9 
10     foreach (ModelMeshPart part in mesh.MeshParts)
11     {
12         BasicEffect effect = part.Effect as BasicEffect;
13         
14         effect.EnableDefaultLighting();
15         effect.World = transforms[boneIndex] * world;
16         effect.View = cameraView;
17         effect.Projection = cameraProjection;
18     }
19 
20     mesh.Draw();
21 }

View Code

可是那与刚刚看到的Model.Draw的代码并区别样。实际上,XNA为了简化操作,已经将ModelMeshPart的种种Effect放到了ModelMesh的Effects集合中,只须要遍历这几个集结就足以,而不须要再遍历ModelMeshPart,再赢得Effect了。所以上述代码可以简化为如下的代码:

 1 Matrix world = Matrix.CreateWorld(Vector3.Zero, Vector3.Forward, Vector3.Up);
 2 
 3 Matrix[] transforms = new Matrix[model.Bones.Count];
 4 this.model.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(transforms);
 5 
 6 foreach (ModelMesh mesh in model.Meshes)
 7 {
 8     Int32 boneIndex = mesh.ParentBone.Index;
 9     
10     foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
11     {
12         effect.EnableDefaultLighting();
13         effect.World = transforms[boneIndex] * world;
14         effect.View = cameraView;
15         effect.Projection = cameraProjection;
16     }
17 
18     mesh.Draw();
19 }

 

【2、BasicEffect效果的安装】

首先用ILSpy查看下BasicEffect的EnableDefaultLighting()的代码:

public void EnableDefaultLighting()
{
    this.LightingEnabled = true;
    this.AmbientLightColor = EffectHelpers.EnableDefaultLighting(this.light0, this.light1, this.light2);
}

其间this.light0-贰为BasicEffect的DirectionalLight0-二,即BasicEffect能够时候的五个光源。而EffectHelpers的EnableDefaultLighting是那样写的:

图片 8图片 9

 1 internal static Vector3 EnableDefaultLighting(DirectionalLight light0, DirectionalLight light1, DirectionalLight light2)
 2 {
 3     light0.Direction = new Vector3(-0.5265408f, -0.5735765f, -0.6275069f);
 4     light0.DiffuseColor = new Vector3(1f, 0.9607844f, 0.8078432f);
 5     light0.SpecularColor = new Vector3(1f, 0.9607844f, 0.8078432f);
 6     light0.Enabled = true;
 7     light1.Direction = new Vector3(0.7198464f, 0.3420201f, 0.6040227f);
 8     light1.DiffuseColor = new Vector3(0.9647059f, 0.7607844f, 0.4078432f);
 9     light1.SpecularColor = Vector3.Zero;
10     light1.Enabled = true;
11     light2.Direction = new Vector3(0.4545195f, -0.7660444f, 0.4545195f);
12     light2.DiffuseColor = new Vector3(0.3231373f, 0.3607844f, 0.3937255f);
13     light2.SpecularColor = new Vector3(0.3231373f, 0.3607844f, 0.3937255f);
14     light2.Enabled = true;
15     return new Vector3(0.05333332f, 0.09882354f, 0.1819608f);
16 }

View Code

能够看出在启用暗中认可光照里其实是给境况光AmbientLightColor以及三束定向光(蕴轩辕线的趋势、漫反射颜色及镜面反射颜色)设置了早期定义好的颜色,并启用了那些光源,那三束定向光的水彩(Light1的漫反射光的水彩如下,但其镜面反射光的颜料为银白)和趋势大概如下。

图片 10

下图第1个为启用了私下认可光照后的模子(上一篇文章中的dude),第1、三、多个为只启用暗中认可光照的蒙受光及0、壹、贰三束定向光后的模子,第4个为未有启用默许光照的模型(仿佛上1篇爆发的效果等同):

图片 11

自然,在多数气象下(举例户外的阳光等),大家仅需求贰个光源,届时我们只要禁止使用(DirectionalLight*.Enabled
= false)其余三个定向光就可以,当然大家兴许还索要修改光源的颜色等等。

除此而外利用EnableDefaultLighting,BasicEffect还提供了比较丰盛的参数可以安装。首先来看下上述例子中Effect暗中同意的性质:

图片 12

中间与光线有关的:

  • LightingEnabled:是还是不是展开光照(默以为false)。
  • PreferPerPixelLighting:是或不是展开逐像素的普照(默认为false,为逐顶点光照),逐像素光照相对于逐点光照效果更加好,但速度也越来越慢,同时还须求显卡帮助Pixel
    Shader Model 2.0,假设显卡不支持的话会活动使用逐顶点光照代替。
  • AmbientLightColor:情形光颜色(暗中认可为Vector三.Zero)。为了在一部分光照模型(模型间的内江互不影响)中加强真实感,引进了情况光的定义。情状光不借助任何光源,但其震慑全部物体。
  • DiffuseColor:漫反射颜色(默以为Vector三.One)。光线照到物体后,物体进行漫反射,其颜色与光线的取向有关。
  • SpecularColor:镜面反射颜色。光线照到物体后,物体举办全反射,其颜色不止与光线的动向有关,还与调查(相机)的方向有关。
  • EmissiveColor:放射颜色(默以为Vector三.Zero)。放射光是指物体发出的光华,但在部分光照模型中,实际上不会对别的实体发生震慑。
  • DirectionalLight0、DirectionalLight一、DirectionalLight二:3束定向光(每束都席卷光线的趋势、漫反射颜色与镜面反射颜色)。

其间要求小心的是,在XNA中,颜色的仓库储存并不是运用的Color(A大切诺基GB或ABG昂Cora),而是使用的Vector叁(或Vector四)。对于Vector三,其x、y、z四个轻重存款和储蓄的个别是中华V、G、B分别除以25伍的浮点值(Vector4的w分量存款和储蓄的是Alpha通道除以255的浮点值),所以Vector3.Zero即为珍珠白,而Vector三.One为青色。当然XNA也提供了叁个Color类,并且Color也提供了提供了一贯调换为Vector三(或Vector四)的艺术ToVector三()(或ToVector4())。

除开,BasicEffect还援助设置雾的效应:

  • FogEnabled:是不是伸开雾的法力(默以为false)。
  • FogColor:雾的颜料(默以为Vector叁.Zero)。
  • FogStart:雾距离相机的起先(近期)值(默以为0.0F),那几个距离之内的事物不受雾的震慑。
  • FogEnd:雾距离相机的扫尾(最远)值(默以为一.0F),那一个距离之外的东西完全看不清。

也等于说,雾将会在距离相机(FogStart –
FogEnd)的地方时有发生,那几个距离需求依据物体所在的职责决定。设Distance为实体距离相机的相距,则Distance<FogStart<FogEnd时,物体不受雾的震慑,与没有雾时同样;当FogStart<FogEnd<Distance时,物体完全看不清(即物体全部为雾的颜色);当FogStart<Distance<FogEnd时,物体受雾的震慑,物体离FogEnd越近则越看不清。

诸如当人的模子在(0, 0, 0),相机在(120, 120,
120)处,雾的水彩为格雷。下图第壹个为未有加雾的功用,第2个为FogStart –
FogEnd为200 – 300,第两个为一 – 300,第多个为1 – 100。

图片 13

 

【3、XNA的用户输入】

在暗中同意生成XNA程序中的Update方法里,有1个到手GamePad的景况,当用户壹的GamePad按下了“Back”键后将会脱离程序。微软对用户输入的支撑都在Microsoft.Xna.Framework.Input中,除了GamePad之外,微软还援救获取Keyboard、Mouse那三种的情景。别的在Microsoft.Xna.Framework.Input.Touch中,还有TouchPanel能够博得触摸的动静。与GamePad一样,其他的这么些意况也都以经过微软提要求类中的GetState()方法实行获取。

比方要赢得键盘和鼠标的情事,大家得以通过如下格局:

KeyboardState kbState = Keyboard.GetState();
MouseState mouseState = Mouse.GetState();

对此剖断键盘的开关,可以因而如下的法门获得是不是按下了点名开关:

Boolean pressed = kbState.IsKeyDown(Keys.Enter);

而对此鼠标的按钮,则须求判定按钮的ButtonState手艺够,例如剖断鼠标左键是还是不是按下:

Boolean pressed = (mouseState.LeftButton == ButtonState.Pressed);

除开,要是要咬定鼠标是或不是在程序区域内,能够经过如下的点子剖断

if (this.GraphicsDevice.Viewport.Bounds.Contains(mouseState.X, mouseState.Y))
{
    //TODO
}

就算在大部动静下,假如让用户操作鼠标的话会在程序内展现几个自定义的指针。但不时写个小程序,为了简单希望直接使用系统的指针,大家得以在先后的随意地点(构造方法、Initialize乃至Update也可)写如下的代码,就足以显得鼠标指针了,反之则足以隐蔽:

this.IsMouseVisible = true;

 

【四、XNA分界面包车型地铁展现情势】

暗中认可情形下,运维XNA的先后会活动以800*480的分辨率突显,若要修改展现的分辨率,其实特别轻易,仅须要在Game的构造方法中增多如下代码就可以:

graphics.PreferredBackBufferWidth = 1024;
graphics.PreferredBackBufferHeight = 768;

那样XNA的次第就会依据我们设定的分辨率显示了。除此而外,假使大家期望XNA的顺序能全屏展现,我们还足以增加如下的代码:

graphics.IsFullScreen = true;

当然大家还足以让用户来切换全屏与窗口化,但是那行代码写在Update()中是不起功能的,可是XNA提供其它三个方式,正是graphics.ToggleFullScreen()。例如大家须求按F键举行全屏与窗口化的切换,能够编写制定如下的代码:

KeyboardState kbState = Keyboard.GetState();
if (kbState.IsKeyDown(Keys.F))
{
    graphics.ToggleFullScreen();
}

 

【相关链接】

  1. Model
    Class:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/Microsoft.Xna.Framework.Graphics.Model.aspx
  2. Models, meshes, parts, and
    bones:http://blogs.msdn.com/b/shawnhar/archive/2006/11/20/models-meshes-parts-and-bones.aspx
  3. What Is a Model
    Bone?:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd904249.aspx
  4. BasicEffect
    Lighting:http://rbwhitaker.wikidot.com/basic-effect-lighting
  5. BasicEffect Fog:http://rbwhitaker.wikidot.com/basic-effect-fog
  6. 同步学WP7 XNA游戏开辟(柒.
    三d基本光源):http://www.cnblogs.com/randylee/archive/2011/03/09/1978312.html
  7. 【D3D1一游玩编程】学习笔记10二:光照模型:http://blog.csdn.net/bonchoix/article/details/8430561