DirectX9 3D 快速上手 5
By sssa2000
4/18/2005
这一章的内容相对很简单，控制Mesh的移动，旋转等等，其实这一切都是在对矩阵进行操作。在 DX中，用到的变换有3种，一种是基于Word坐标系的，一种是基于View坐标系的，还有一种是基于投影的变换。而这些变换都是通过矩阵的运算来实现的，在.Net的托管环境下，实现这些操作相对于非托管来说简单一写，不用对矩阵的每个值运算。
关于矩阵的运算和变换的关系，很多文章都有分析，GameRes也有很多这样的好文章，例如：http://dev.gameres.com/Program/Visual/3D/3DGame.mht 这里就有很详细的介绍。
我们这篇文章不研究细节，因为毕竟是快速开发，我们的目标就是用键盘控制读入的Mesh的运动。
其实在前面一篇文章中我们就有提到几个函数，只是没有介绍。我们来看看我们这一篇中要用到的几个简单的函数，从字面我们就可以判断出这些函数有什么用：
Matrix.RotateX方法：public void RotateX( float angle);
Matrix. RotateY方法：public void RotateY( float angle);
Matrix.RotateX方法：public void RotateZ( float angle);
Matrix.Translation方法：public static Matrix Translation(float offsetx, float offsety, float offsetz);
好，我们现在重新打开上一次的读入Mesh的那个工程，我们现在要加入新的部分，既然是用键盘控制那么就要首先对键盘的状态进行分析：
String status=null;//用于保存状态
protected override void OnKeyDown(System.Windows.Forms.KeyEventArgs e)
{
// Handle the escape key for quiting
if (e.KeyCode == Keys.Escape)
{
// Close the form and return
this.Close();
return;
}
// Handle left and right keys
else if ((e.KeyCode == Keys.Left) || (e.KeyCode == Keys.NumPad4))
{
status="left"; //向左旋转
}
else if ((e.KeyCode == Keys.Right) || (e.KeyCode == Keys.NumPad6))
{
status="right";//向右旋转
}
else if((e.KeyCode ==Keys.Up )||(e.KeyCode ==Keys.NumPad8 ))
{
status="up";//向上旋转
}
else if((e.KeyCode ==Keys.Down )||(e.KeyCode ==Keys.NumPad2 ))
{
status="down";//向下旋转
}
else if(e.KeyCode ==Keys.Enter)
{
status="stop";//停止旋转
}
else if(e.KeyCode ==Keys.W )
{
status="goahead";//向前
}
else if(e.KeyCode ==Keys.S )
{
status="goback";//向后
}
else if(e.KeyCode ==Keys.A)
{
status="goleft";//向左
}
else if(e.KeyCode ==Keys.D )
{
status="goright";//向右
}
}
很简单，以至于没什么可说的，下面就要对Mesh进行移动，由于我们观察的运动都是相对运动，所以无论你是对摄像机进行操作还是进行世界变换都是可以的，随你所好。我们对DrawMesh函数进行修改,主要是对状态的判断，然后对相应的矩阵进行变换：
private void DrawMesh(string stat)
if(stat=="left")
{
angle=angle+0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationY (angle);
}
else if(stat=="right")
{
angle=angle-0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationY (angle);
}
else if(stat=="up")
{
angle=angle+0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationX (angle);
}
else if(stat=="down")
{
angle=angle-0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationX (angle);
}
else if(stat=="stop")
{
angle=0.0f;
//device.Reset ()
}
else if(stat=="goahead")
{
v=v+0.1f;
}
else if(stat=="goback")
{
v=v-0.1f;
}
else if(stat=="goleft")
{
offsetx=offsetx+0.01f;
device.Transform.World = Matrix.Translation(offsetx,0,0);
}
else if(stat=="goright")
{
offsetx=offsetx-0.01f;
device.Transform.World = Matrix.Translation(offsetx,0,0);
}
for (int i = 0; i < meshMaterials.Length; i++)
{
device.Material = meshMaterials[i];
device.SetTexture(0, meshTextures[i]);
mesh.DrawSubset(i);
}
}
public: void RotateX(
float angle
);
public function RotateX(
angle : float
);
这里我们处理小车前后移动的时候，没有直接使用世界变换，而是对摄影机进行了操作，这也很好理解，为了达到这个目的，我把SetupCamera函数小小的修改了一下：
private void SetupCamera(float deep )
{
device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4, this.Width / this.Height, 1.0f, 10000.0f);
device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(new Vector3(0,0, 10.0f+deep), new Vector3(), new Vector3(0,1,0));
device.Lights[0].Type = LightType.Directional;
device.Lights[0].Diffuse = Color.White;
device.Lights[0].Direction = new Vector3(0, -1, -1);
device.Lights[0].Update();
device.Lights[0].Enabled = true;
}
我给它加了一个参数，这个参数就是摄像机在Z轴的位置，我们只需要修改摄像机在Z轴的位置就可以实现透视效果，用这个方法实现我们这个简单的需求是很恰当的
这里再来对这里面的2个函数分析一下：
device.Transform.Projection用来获取或者设置投影变换矩阵，它本身也是一个Matrix型的变量。Matrix.PerspectiveFovLH方法：
public static Matrix PerspectiveFovLH(
float fieldOfViewY, //Y方向的视觉范围，弧度表示，即Y方向的视域角
float aspectRatio, //视觉范围的长宽比
float znearPlane, //近裁减平面
float zfarPlane//远裁减平面
);
和非托管的相比，仅仅少了一个参数。定义宽高比的作用是，如果用户改变了窗口的大小，那么仍然就可以正确的显示物体的大小。最后两个参数是 近远裁减平面，必须为这两个平面指定2个Z值，一般来说，假设物体将在Z轴的1.0f和1000f之间运动时，就分别把这两个参数设为1.0f，1000.0f。
再来看看另外方法：Matrix.LookAtLH方法。 在使用观察矩阵来建立一个立体的照相机模型后，允许玩家通过一系列不同的观察点来看世界，使用Matrix.LookAtLH方法建立的照相机模型，是一种十分高效的照相机模型，但是注意，这一种模型不能绕所有的轴做三维转动。
public static Matrix LookAtLH(
Vector3 cameraPosition,//相机位置
Vector3 cameraTarget, //相机的方向
Vector3 cameraUpVector //相机的Up向量
);
其中第二个参数为相机的面对方向，假设相机面对的是Z轴的方向，那么就设置为(0,0,1)。好，现在也许有人要问，那如果面对的是Z轴的负方向呢？这也就是第3个参数的目的，第三个参数定一个Up向量，所以如果相机是正着放的，那么第3个参数就应该是(0,1,0)，如果是倒着放的就是(0,-1,0)。所以如果面对的是Z的负方向，第三个参数就是(0,-1,0)。
利用这个方法我们可以轻易的建立一个跟随式的相机(follow-up camera)，例如实现第一人称视角，只需要把第2个参数指向跟随物体的方向，把相机位置设置为这个物体的周围。前面我们提过，这类相机不能绕自身旋转。
好，让我们来简单实现这个功能，我们想让汽车前进后退的时候能让摄像机来跟随它，首先，我们必须得到读入的Mesh的x,y,z这样才能给摄像机提供第一个参数，其次我们要确定朝向，在这里，很好确定，因为汽车就是朝Z方向开的，好了，都确定下来我们就可以写代码了。为了得到mesh的位置，就要使用Mesh内置的定点缓冲。
……………………………………..
LoadMesh(@"..\..\sr.x");
vb=mesh.VertexBuffer; //取得读入mesh的中心
try
{
Vector3 max;
Vector3 min;
GraphicsStream gs = vb.Lock(0, 0, LockFlags.None);
Geometry.ComputeBoundingBox(gs, mesh.NumberVertices, mesh.VertexFormat, out min, out max); //取得mesh的边框
float tx = (max.X - min.X)/2;
float ty =( max.Y - min.Y)/2;
float tz =( max.Z - min.Z);
pos.X =tx-0.9f; //试出来的，这样才能使摄像机近似在车子中心
pos.Y =ty+0.6f;
pos.Z =tz-1.8f;
//float cameraHeadingH=
lookat = new Vector3 (0,0,1);
}
finally
{
vb.Unlock();
vb.Dispose();
}
修改KeyDown并且修改SetupCamera函数判断摄像机的选择。
private void SetupCamera(float deep )
{
device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4, this.Width / this.Height, 1.0f, 10000.0f);
if(camera%2!=0)
device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(new Vector3(0,0, 10.0f+deep), new Vector3(), new Vector3(0,1,0));
else
device.Transform .View =Matrix.LookAtLH (pos,new Vector3 (0,1,0),new Vector3 (0,1,0));
device.Lights[0].Type = LightType.Directional;
device.Lights[0].Diffuse = Color.White;
device.Lights[0].Direction = new Vector3(0, -1, -1);
device.Lights[0].Update();
device.Lights[0].Enabled = true;
}
这样就完成了这个功能，不过这里只是简单模拟一下，只有在前进后退的时候才有效果，不过由于没有参照物，在前进后退的时候看不出画面的变化。下面贴出完整的代码：
using System;
using System.Drawing;
using System.Collections;
using System.ComponentModel;
using System.Windows.Forms;
using System.Data;
using Microsoft.DirectX;
using Microsoft.DirectX.Direct3D;
namespace Chapter5Code
{
/// <summary>
/// Summary description for Form1.
/// </summary>
public class Form1 : System.Windows.Forms.Form
{
private Device device = null;
PresentParameters presentParams =null;
private Mesh mesh = null;
private Material[] meshMaterials;
private Texture[] meshTextures;
private Mesh mesh2=null;
Material[] meshMaterials2;
Texture[] meshTextures2;
string status=null; //小车状态，向左转动还是向右转动，或者停止
private VertexBuffer vb = null;
Vector3 pos;
Vector3 lookat;
int camera=1;
float angle=0.0f;
float v=0.1f;
float offsetx=0.1f;
/// <summary>
/// Required designer variable.
/// </summary>
private System.ComponentModel.Container components = null;
public Form1()
{
//
// Required for Windows Form Designer support
//
InitializeComponent();
this.SetStyle(ControlStyles.AllPaintingInWmPaint | ControlStyles.Opaque, true);
}
/// <summary>
/// We will initialize our graphics device here
/// </summary>
public void InitializeGraphics()
{
// Set our presentation parameters
PresentParameters presentParams = new PresentParameters();
presentParams.Windowed = true;
presentParams.SwapEffect = SwapEffect.Discard;
presentParams.AutoDepthStencilFormat = DepthFormat.D16;
presentParams.EnableAutoDepthStencil = true;
// Create our device
device = new Device(0, DeviceType.Hardware, this, CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, presentParams);
// Load our mesh
LoadMesh(@"..\..\sr.x");
vb=mesh.VertexBuffer; //取得读入mesh的中心
try
{
Vector3 max;
Vector3 min;
GraphicsStream gs = vb.Lock(0, 0, LockFlags.None);
Geometry.ComputeBoundingBox(gs, mesh.NumberVertices, mesh.VertexFormat, out min, out max);
float tx = (max.X - min.X)/2;
float ty =( max.Y - min.Y)/2;
float tz =( max.Z - min.Z);
pos.X =tx-0.9f;
pos.Y =ty+0.6f;
pos.Z =tz-1.8f;
//float cameraHeadingH=
lookat = new Vector3 (0,0,1);
}
finally
{
vb.Unlock();
vb.Dispose();
}
}
private void LoadMesh(string file)
{
ExtendedMaterial[] mtrl;
// Load our mesh
mesh = Mesh.FromFile(file, MeshFlags.Managed, device, out mtrl);
// If we have any materials, store them
if ((mtrl != null) && (mtrl.Length > 0))
{
meshMaterials = new Material[mtrl.Length];
meshTextures = new Texture[mtrl.Length];
// Store each material and texture
for (int i = 0; i < mtrl.Length; i++)
{
meshMaterials[i] = mtrl[i].Material3D;
if ((mtrl[i].TextureFilename != null) && (mtrl[i].TextureFilename != string.Empty))
{
// We have a texture, try to load it
meshTextures[i] = TextureLoader.FromFile(device, @"..\..\" + mtrl[i].TextureFilename);
}
}
}
}
protected override void OnKeyDown(System.Windows.Forms.KeyEventArgs e)
{
// Handle the escape key for quiting
if (e.KeyCode == Keys.Escape)
{
// Close the form and return
this.Close();
return;
}
// Handle left and right keys
else if ((e.KeyCode == Keys.Left) || (e.KeyCode == Keys.NumPad4))
{
status="left";
}
else if ((e.KeyCode == Keys.Right) || (e.KeyCode == Keys.NumPad6))
{
status="right";
}
else if((e.KeyCode ==Keys.Up )||(e.KeyCode ==Keys.NumPad8 ))
{
status="up";
}
else if((e.KeyCode ==Keys.Down )||(e.KeyCode ==Keys.NumPad2 ))
{
status="down";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.Enter)
{
status="stop";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.W )
{
status="goahead";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.S )
{
status="goback";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.A)
{
status="goleft";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.D )
{
status="goright";
}
else if(e.KeyCode ==Keys.C)
{
camera++;
}
}
private void SetupCamera(float deep )
{
device.Transform.Projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4, this.Width / this.Height, 1.0f, 10000.0f);
if(camera%2!=0)
device.Transform.View = Matrix.LookAtLH(new Vector3(0,0, 10.0f+deep), new Vector3(), new Vector3(0,1,0));
else
device.Transform .View =Matrix.LookAtLH (pos,new Vector3 (0,1,0),new Vector3 (0,1,0));
//device.RenderState.Ambient = Color.DarkBlue;
device.Lights[0].Type = LightType.Directional;
device.Lights[0].Diffuse = Color.White;
device.Lights[0].Direction = new Vector3(0, -1, -1);
device.Lights[0].Update();
device.Lights[0].Enabled = true;
}
protected override void OnPaint(System.Windows.Forms.PaintEventArgs e)
{
device.Clear(ClearFlags.Target | ClearFlags.ZBuffer, Color.CornflowerBlue, 1.0f, 0);
SetupCamera(v );
device.BeginScene();
// Draw our Mesh
DrawMesh(status);
device.EndScene();
device.Present();
this.Invalidate();
}
private void DrawMesh(string stat)
{
// angle += 0.01f;
// device.Transform.World = Matrix.RotationYawPitchRoll(yaw, pitch, roll) * Matrix.Translation(x, y, z);
if(stat=="left")
{
angle=angle+0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationY (angle);
}
else if(stat=="right")
{
angle=angle-0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationY (angle);
}
else if(stat=="up")
{
angle=angle+0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationX (angle);
}
else if(stat=="down")
{
angle=angle-0.1f;
device.Transform.World = Matrix.RotationX (angle);
}
else if(stat=="stop")
{
angle=0.0f;
//device.Reset ()
}
else if(stat=="goahead")
{
v=v+0.1f;
}
else if(stat=="goback")
{
v=v-0.1f;
}
else if(stat=="goleft")
{
offsetx=offsetx+0.001f;
device.Transform.World = Matrix.Translation(offsetx,0,0);
//device.Transform .View =Matrix.Translation(offsetx,0,0);
// pos.X -=offsetx;
// device.Transform .View =Matrix.LookAtLH(pos,new Vector3 (0,0,1),new Vector3 (0,1,0));
}
else if(stat=="goright")
{
offsetx=offsetx-0.001f;
device.Transform.World = Matrix.Translation(offsetx,0,0);
}
for (int i = 0; i < meshMaterials.Length; i++)
{
device.Material = meshMaterials[i];
device.SetTexture(0, meshTextures[i]);
mesh.DrawSubset(i);
}
}
/// <summary>
/// Clean up any resources being used.
/// </summary>
protected override void Dispose( bool disposing )
{
if( disposing )
{
if (components != null)
{
components.Dispose();
}
}
base.Dispose( disposing );
}
#region Windows Form Designer generated code
/// <summary>
/// Required method for Designer support - do not modify
/// the contents of this method with the code editor.
/// </summary>
private void InitializeComponent()
{
this.components = new System.ComponentModel.Container();
this.Size = new Size(800,600);
this.Text = "Form1";
}
#endregion
/// <summary>
/// The main entry point for the application.
/// </summary>
static void Main
()
{
using (Form1 frm = new Form1())
{
// Show our form and initialize our graphics engine
frm.Show();
frm.InitializeGraphics();
Application.Run(frm);
}
}
}
}
好幸库，结束。
By sssa2000
4/18/2005
