从零3D基础入门XNA

【题外话】

上一篇小说介绍了3D开拓基础与XNA开拓顺序的一体化布局,以及接纳Model类的Draw方法将模型绘制到荧屏上。本文接着上一篇文章继续,介绍XNA中模型的布局、BasicEffect的使用以及用户输入和分界面呈现的主意等,本文尽量把遭受的概念都剖析清楚,但又避开复杂的数学方面的学问,希望对尚未接触过3D开采的同班有所协助。

 

【种类索引】

  1. 从零3D基础入门XNCamaro.0(1)——3D开拓基础
  2. 从零3D基础入门XNCross.0(2)——模型和BasicEffect

 

【小说索引】

  1. Model模型的构造
  2. BasicEffect效果的装置
  3. XNA的用户输入
  4. XNA分界面包车型地铁彰显格局

 

【一、Model模型的组织】

上一篇文章使用Model自带的Draw方法达成了直接将载入的Model绘制到钦赐的岗位上去,可是有的时候绘制出来的遵守并不吻合大家的预料,比方下图(下图的模型是透过Maya创造的多个房间):

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透过ILSpy查看Microsoft.Xna.Framework.Graphics.Model,能够观望其Draw方法的代码如下:

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 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

其间可知,Draw方法通过遍历模型的Mesh,然后再遍历每一个Mesh的Effect,并对种种Effect实行设置,最终动用Mesh的Draw方法将其绘制到荧屏上。

为了通晓Model的渲染,大家第一需求理解Model的布局。实际上,在一个Model对象中,包蕴Bone集合(model.Bones)、Mesh会集(model.Meshes)以及根Bone(model.Root)四个天性,其结构和事关如下

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能够看来对于各样ModelMesh,包括一组ModelMeshPart与三个ParentBone。当中,

  • www.6799.com,ModelMesh表示单个能够单身运动的概况对象。举例,贰个car的Model可以涵盖贰个车体(body)的ModelMesh、多少个轮子(wheel)的ModelMesh与一对门(door)的ModelMesh。
  • ModelMeshPart表示单个同等材质的构件,其象征三个单身的绘图调用(draw
    call)。举个例子,上述车身能够分包着色的外部、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表示了相应的ModelMesh怎样转换,其涵盖三个Transform的改换矩阵。ModelBone是以树形存款和储蓄的,每种ModelBone都有贰个父节点以及若干个子节点。上述的每种ModelMesh都有三个ParentBone,ModelMesh可以依照ModelBone的转换成分明最终呈现的岗位等。举例,上述车门的ModelBone与车轮的ModelBone是车身的子节点等等。

就此遍历三个Model中具备的ModelMesh,然后遍历个中具备的ModelMeshPart,并且依照ModelMesh的ParentBone来将每三个ModelMeshPart绘制到钦赐的地点上就能够绘制出一体化的Model。

但是对此每种ModelMeshPart,其实际渲染的遵循都存在Effect的特性中,对于暗中同意来说,Effect均为BasicEffect。其余,对于ModelBone,其改造矩阵都以周旋其本身的Parent来的,不过Model类也提供了三个格局,即CopyAbsoluteBoneTransformsTo(),就可以将各类Bone相对于RootBone的转换矩阵复制到贰个矩阵数组中,然后将其接纳到Effect中就能够。这种艺术与上述提到的Model.Draw类似,不过本身写的话就可以自定义每一种ModelMeshPart渲染的法力,当然也足以设置每一个ModelMeshPart的渲染地方。

那便是说接下去就根据那些思路去落到实处,同有的时候间在安装每三个Effect时,使用Effect提供的施用默许光照的方法EnableDefaultLighting(),启用后效果如下:

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那般的职能就达到了我们的预期,按上述的主意完成的代码如下:

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 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

可是这与刚刚看到的Model.Draw的代码并分裂样。实际上,XNA为了简化操作,已经将ModelMeshPart的种种Effect放到了ModelMesh的Effects集结中,只供给遍历这些群集就可以,而无需再遍历ModelMeshPart,再拿走Effect了。所以上述代码能够简化为如下的代码:

 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 }

 

【二、BasicEffect效果的装置】

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.light0-2为BasicEffect的DirectionalLight0-2,即BasicEffect能够时候的八个光源。而EffectHelpers的EnableDefaultLighting是这么写的:

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 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

能够看看在启用暗中认可光照里其实是给条件光AmbientLightColor以及三束定向光(包蕴光线的倾向、漫反射颜色及镜面反射颜色)设置了先行定义好的水彩,并启用了那几个光源,那三束定向光的颜料(Light1的漫反射光的颜色如下,但其镜面反射光的水彩为原野绿)和样子大概如下。

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下图第叁个为启用了私下认可光照后的模子(上一篇小说中的dude),第二、三、四个为只启用暗中认可光照的碰着光及0、1、2三束定向光后的模子,第三个为未有启用私下认可光照的模子(就像上一篇发生的职能一样):

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本来,在广大情况下(例如室外的太阳等),大家仅需求二个光源,届时我们只要禁止使用(DirectionalLight*.Enabled
= false)别的七个定向光就能够,当然大家或然还索要修改光源的水彩等等。

除开运用EnableDefaultLighting,BasicEffect还提供了相比较丰裕的参数能够设置。首先来看下上述例子中Effect暗许的品质:

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其间与光线有关的:

  • LightingEnabled:是还是不是展开光照(默以为false)。
  • PreferPerPixelLighting:是或不是打开逐像素的咸宁(默感觉false,为逐顶点光照),逐像素光照相对于逐点光照效果更加好,但速度也更加慢,同时还供给显卡支持Pixel
    Shader Model 2.0,假如显卡不帮衬的话会自动使用逐顶点光照取代。
  • AmbientLightColor:情状光颜色(默以为Vector3.Zero)。为了在一部分光照模型(模型间的梅州互不影响)中压实真实感,引进了情状光的定义。情况光不借助任何光源,但其震慑全体物体。
  • DiffuseColor:漫反射颜色(默以为Vector3.One)。光线照到物体后,物体实行漫反射,其颜色与光线的可行性有关。
  • SpecularColor:镜面反射颜色。光线照到物体后,物体举行全反射,其颜色不止与光线的大势有关,还与观察(相机)的趋向有关。
  • EmissiveColor:放射颜色(默以为Vector3.Zero)。放射光是指物体发出的光明,但在有的光照模型中,实际上不会对此外物体发生潜移默化。
  • DirectionalLight0、DirectionalLight1、DirectionalLight2:三束定向光(每束都包干将线的趋向、漫反射颜色与镜面反射颜色)。

当中要求留意的是,在XNA中,颜色的积存并不是选择的Color(A福睿斯GB或ABG奥迪Q5),而是使用的Vector3(或Vector4)。对于Vector3,其x、y、z八个轻重存款和储蓄的分别是Evoque、G、B分别除以255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即为中蓝,而Vector3.One为浅豆沙色。当然XNA也提供了八个Color类,并且Color也提供了提供了第一手调换为Vector3(或Vector4)的法子ToVector3()(或ToVector4())。

除此而外,BasicEffect还协助设置雾的效益:

  • FogEnabled:是或不是张开雾的功效(默以为false)。
  • FogColor:雾的颜料(默感到Vector3.Zero)。
  • FogStart:雾距离相机的始发(近期)值(默以为0.0F),那些距离之内的事物不受雾的震慑。
  • FogEnd:雾距离相机的利落(最远)值(默认为1.0F),这么些距离之外的东西完全看不清。

相当于说,雾将会在相距相机(FogStart –
FogEnd)的地方产生,那个距离要求基于物体所在的职位决定。设Distance为实体距离相机的离开,则Distance<FogStart<FogEnd时,物体不受雾的熏陶,与没有雾时同样;当FogStart<FogEnd<Distance时,物体完全看不清(即物体全体为雾的水彩);当FogStart<Distance<FogEnd时,物体受雾的影响,物体离FogEnd越近则越看不清。

举个例子当人的模子在(0, 0, 0),相机在(120, 120,
120)处,雾的颜料为格雷。下图第三个为未有加雾的作用,第三个为FogStart –
FogEnd为200 – 300,第八个为1 – 300,第多少个为1 – 100。

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【三、XNA的用户输入】

在默许生成XNA程序中的Update方法里,有几个收获GamePad的情形,当用户1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,微软还帮忙获取Keyboard、Mouse那二种的情况。其余在Microsoft.Xna.Framework.Input.Touch中,还只怕有TouchPanel能够猎取触摸的意况。与GamePad同样,其余的这一个境况也都以因而微软提必要类中的GetState()方法开始展览获取。

比方说要获取键盘和鼠标的事态,大家能够由此如下格局:

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

对此推断键盘的按钮,能够通过如下的秘籍获得是或不是按下了点名按钮:

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

而对此鼠标的按键,则需求判断按钮的ButtonState才得以,比如推断鼠标左键是不是按下:

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

而外,假设要看清鼠标是不是在先后区域内,能够通过如下的主意判定

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

纵然在大大多气象下,如若让用户操作鼠标的话会在先后内体现一个自定义的指针。但一时写个小程序,为了轻巧希望直接动用系统的指针,我们能够在程序的即兴地点(构造方法、Initialize乃至Update也可)写如下的代码,就足以展现鼠标指针了,反之则足以隐蔽:

this.IsMouseVisible = true;

 

【四、XNA分界面包车型大巴显示方式】

暗中认可情状下,运维XNA的次第会自行以800*480的分辨率展现,若要修改显示的分辨率,其实极其轻松,仅要求在Game的构造方法中加多如下代码就能够:

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

这么XNA的程序就能够遵照咱们设定的分辨率展现了。除了那一个之外,假诺大家意在XNA的次序能全屏突显,大家还足以加上如下的代码:

graphics.IsFullScreen = true;

自然大家还能让用户来切换全屏与窗口化,然而这行代码写在Update()中是不起功用的,不过XNA提供其余多个艺术,正是graphics.ToggleFullScreen()。比如我们供给按F键实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. 共同学WP7 XNA游戏开采(七.
    3d基本光源):http://www.cnblogs.com/randylee/archive/2011/03/09/1978312.html
  7. 【D3D11玩耍编制程序】学习笔记十二:光照模型:http://blog.csdn.net/bonchoix/article/details/8430561