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XNAXNA

ページ更新日 2009/ 1/ 4
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3角形ポリゴンの表示

概要
 3D空間上に三角形のポリゴンを表示しています。
3角形ポリゴンの表示
動作確認バージョン
対応 XNA バージョン
  • 2.0
  • 3.0
対応プラットフォーム
  • Windows (XP SP2 以降, Vista)
  • Xbox 360
必要な頂点シェーダバージョン
1.1
必要なピクセルシェーダバージョン
1.1
サンプルの操作方法
内容

※この Tips は XNA Game Studio 2.0 をベースに説明しています。

ポリゴンとは

 ポリゴンとは複数の頂点定義によって生成される面のことを言います。一般的にポリゴンといった場合、3つの頂点から成る三角形の面のことを言います。そして3角形がポリゴンの最小単位になります。モデリングソフトによっては4角形や多角形としてポリゴンを表示している場合がありますが、それらも最終的には三角形のポリゴンに分解されます。

 ゲームなどで表示されているモデルは、この三角形ポリゴンを複数組み合わせて形成されています。

最小単位のポリゴン

 ポリゴンは頂点によって形成されます。頂点には位置や色などのデータを持たせることができます。今回のサンプルも「位置」と「色」のデータによって作られています。

ポリゴンと頂点

 今回のサンプルの面の色はそれぞれの頂点に設定されている色と距離によってきれいに補間されていますが、独自のシェーダプログラムで自由に変えることができます(シェーダプログラムについては別の機会に説明します)。

頂点データ定義

 ポリゴンを表示させるには「頂点データ」が必要であり、その頂点にどんな要素を含めるかをプログラマが決める必要があります。ポリゴンを描画する際には、どんな頂点データでポリゴンを描画するかを描画エンジンであるデバイスに指示しなければなりません。これを行うには「VertexDeclaration」クラスを作成し、「頂点データ定義」を設定します。

/// <summary>
/// 頂点データ定義
/// </summary>
private VertexDeclaration vertexDeclaration = null;

 これをフィールドとして宣言しておきます。定義については後ほど作成します。

頂点データ

 ポリゴンを描画するには頂点データが必要と書きましたが、まず、どんなデータを持たせるかを決めなければいけません。今回は「位置」と「色」のデータを使用します。持たせるデータを決めたら、それらのデータを持つ構造体を作成する必要があります。頂点データはある程度自由に決めることができますが、一般的に使用される頂点データはすでに XNA Framework で定義されているので、サンプルではそれを使用しています。

 「位置」と「」を持つ頂点データは「VertexPositionColor」構造体として定義されています。ポリゴンを形成するには複数の頂点が必要なので、これを配列として宣言しておきます。

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

エフェクト

 XNA ではポリゴンを描画する際に、シェーダプログラムを別に作成してどのように描画するかを決めなければいけません。それには別途エフェクトファイルを作成してプログラムを書き、それをエフェクトクラスとして読み込んでシェーダプログラムを実行させます。

 しかし、今回のような単純な三角形ポリゴンの描画や、複雑な描画効果を必要としない場合にとってそれはとても煩わしい作業となってしまいます。

 そのため XNA では基本的な描画に関してはシェーダプログラムを書かなくてもいいように、必要な項目をプロパティとして設定できるように拡張したエフェクトを定義しています。それが「BasicEffect」クラスです。今回はポリゴンを描画することが目的なので、描画に手間のかからない「BasicEffect」を使うことにします。

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

 エフェクトや BasicEffect に関しては別の機会に詳しく説明したいと思います。

頂点データ定義を作成

 「LoadGraphicsContent」メソッド内で頂点データ定義を作成しています。頂点データ定義はどこで作成しても問題ないのですが、一応ここで作成しています。

// 頂点データ定義を作成
this.vertexDeclaration = new VertexDeclaration(
    this.GraphicsDevice, VertexPositionColor.VertexElements);

 VertexDeclaration を作成するとき、コンストラクタの第2引数にパイプラインに入力させる頂点データの情報を「VertexElement」構造体の配列として設定しなければいけないのですが、「VertexPositionColor」構造体にすでに定義されているのでそれを渡します。

VertexDeclaration コンストラクタ
頂点宣言を定義するクラス「VertexDeclaration」のインスタンスを作成します。
graphicsDevice GraphicsDevice 頂点要素と関連付ける GraphicsDevice を指定します。
elements VertexElement[] パイプラインに設定する頂点データ入力情報 VertexElement の配列を指定します
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

エフェクトの作成

 BasicEffect クラスを作成します。頂点の色をそのまま使用するために BasicEffect.VertexColorEnabled プロパティを true に設定します。

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

// エフェクトで頂点カラーを有効にする
this.basicEffect.VertexColorEnabled = true;
BasicEffect コンストラクタ
シェーダーモデル1.1を用いた頂点色、テクスチャー、ライティングを行うエフェクトクラス「BasicEffect」のインスタンスを作成します。
device GraphicsDevice エフェクトを作成するための GraphicsDevice を指定します
effectPool EffectPool EffectPool クラス。特に何もなければ null で構いません。
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

ビューマトリックスとプロジェクションマトリックス

 BasicEffect にビューマトリックスとプロジェクションマトリックスを設定します。それぞれの概念的な説明に関しては下記のリンクを参照してく��さい。

// ビューマトリックスをあらかじめ設定 ((0, 0, 10) から原点を見る)
this.basicEffect.View = Matrix.CreateLookAt(
        new Vector3(0.0f, 0.0f, 10.0f),
        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
    );

 ビューマトリックスを生成するには「Matrix.CreateLookAt」メソッドを使用します。

 第1引数にはカメラの位置、第2引数にはカメラの注視点、第3引数にはカメラの上方方向を指定します。

 今回は(0, 0, 10)の位置から原点を見るように設定しています。

Matrix.CreateLookAt メソッド
ビューマトリックスを作成します。
cameraPosition Vector3 カメラの位置
cameraTarget Vector3 カメラの注視点
cameraUpVector Vector3 カメラの上方方向
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

 プロジェクションマトリックスを生成するには「Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView」メソッドを使用します。

 第1引数には視野角を radian の単位で指定します。サンプルでは degree の単位を「MathHelper.ToRadians」メソッドで radian に変換しています。

 第2引数にはアスペクト比(縦横比)を指定します。通常は「ビューの幅÷高さ」の値を指定します。サンプルではデバイスのビューポートに設定されている幅と高さから算出しています。

 第3引数には前方クリップ位置、第4引数には後方クリップ位置を指定します。

Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView メソッド
ビューフィールドの設定に基づいて透視射影マトリックスを作成します。
fieldOfView float 視野角。radian の単位で指定します。
aspectRatio float アスペクト比(縦横比)。通常は「ビューの幅÷高さ」の値を指定
nearPlaneDistance float 前方クリップ位置。この位置より手前にあるオブジェクトは描画されません。
farPlaneDistance float 後方クリップ位置。この位置より奥にあるオブジェクトは描画されません。
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頂点データの作成

 3つの頂点データを作成します。まずは配列を作成し、各々の頂点を作成していきます。

// 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);

 頂点データの作成には「VertexPositionColor」のコンストラクタに「頂点の位置」と「頂点の色」を指定します。

VertexPositionColor コンストラクタ
位置と色の頂点データを持つ構造体「VertexPositionColor」のインスタンスを作成します。
position Vector3 頂点の位置
color Color 頂点の色
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

 頂点の位置はカメラから見る範囲に設定してください。また、頂点の並びは「右回り(時計まわり)」に配置されるように設定してください。「左回り(反時計回り)」に設定するとポリゴンが見えなくなります。これについては別の機会に説明します。

ポリゴンの描画

// 描画する頂点データの定義を設定
this.GraphicsDevice.VertexDeclaration = this.vertexDeclaration;

// エフェクトの使用を開始します
this.basicEffect.Begin();

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

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

    // パスの終了
    pass.End();
}

// エフェクトの使用を終了する
this.basicEffect.End();

 まず GraphicsDevice にこれからどんな頂点データをパイプラインに送るかを教えるため、「GraphicsDevice.VertexDeclaration」プロパティに頂点宣言クラス「VertexDeclaration」を渡します。

 続いて「Effect.Begin」メソッドを呼び出してエフェクトを使用する準備を行います。

 エフェクトには「パス」と呼ばれるものがあり、パスを通して実際の描画プログラムを実行します。パスは一つのエフェクトに複数含まれていることがあるので、foreach で繰り返し呼ぶようにしています。

 パスも「EffectPass.Begin」メソッドを呼び出してパスを開始します。

 パスを開始したら、「GraphicsDevice.DrawUserPrimitives」メソッドでポリゴンを描画します。タイプパラメータには描画しようとする頂点データの構造体を指定します。

 第1引数には描画するプリミティブの種類を指定します。今回は三角形ポリゴンを描画するので「PrimitiveType.TriangleList」を指定します。

 第2引数には作成した頂点データを指定します。

 第3引数には何番目の頂点から描画するかを指定します。通常は 0 を指定します。

 第4引数には描画するプリミティブの数を指定します。今回は三角形ポリゴンが1枚なので 1 を指定します。

GraphicsDevice.DrawUserPrimitives メソッド
ユーザーが指定した頂点データに基づいてプリミティブを描画します。
T 制限なし 頂点データ構造体
primitiveType PrimitiveType 描画するプリミティブの種類
vertexData T[] 描画する頂点データの配列
vertexOffset int 何番目からの頂点データを描画に使用するかを指定する
primitiveCount int 描画するプリミティブの数。
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

 描画が終わったら「EffectPass」「Effect」それぞれの End メソッドを呼び出して終了させます。

サンプル実行ファイル (Windows のみ)
ファイル サイズ 対応XNAバージョン プラットフォーム 作成日
xna_tips_drawtriangle_3_0_exe.zip 6.2 KB 3.0 Windows (XP SP2 以降, Vista) 2009/01/04
xna_tips_drawtriangle_2_0_exe.zip 6.1 KB 2.0 Windows (XP SP2, Vista) 2008/01/01
xna_tips_drawtriangle_1_0_ref_exe.zip 6.0 KB 1.0 Refresh Windows (XP SP2, Vista) 2007/08/25
プロジェクト ダウンロード
ファイル サイズ 対応XNAバージョン プラットフォーム 作成日
xna_tips_drawtriangle_3_0_project.zip 20.2 KB 3.0 Windows (XP SP2 以降, Vista), Xbox 360 2009/01/04
xna_tips_drawtriangle_2_0_project.zip 18.6 KB 2.0 Windows (XP SP2, Vista), Xbox360 2008/01/01
xna_tips_drawtriangle_1_0_ref_project.zip 19.0 KB 1.0 Refresh Windows (XP SP2, Vista), Xbox360 2007/08/25
全コード
using System;
using System.Collections.Generic;
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.Net;
using Microsoft.Xna.Framework.Storage;

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>
        /// 頂点データ定義
        /// </summary>
        private VertexDeclaration vertexDeclaration = 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";
        }

        /// <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);

            // 頂点データ定義を作成
            this.vertexDeclaration = new VertexDeclaration(
                this.GraphicsDevice, VertexPositionColor.VertexElements);

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

            // 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, 10) から原点を見る)
            this.basicEffect.View = Matrix.CreateLookAt(
                    new Vector3(0.0f, 0.0f, 10.0f),
                    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)
        {
            // Xbox360 コントローラの 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);

            // 描画する頂点データの定義を設定
            this.GraphicsDevice.VertexDeclaration = this.vertexDeclaration;

            // エフェクトの使用を開始します
            this.basicEffect.Begin();

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

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

                // パスの終了
                pass.End();
            }

            // エフェクトの使用を終了する
            this.basicEffect.End();

            // 登録された DrawableGameComponent を描画する
            base.Draw(gameTime);
        }
    }
}
更新履歴
更新日時 更新内容
2009/01/04 XNA Game Studio 3.0 のプロジェクト追加
2008/05/18 文章・プログラムの校正
2008/01/01 XNA Game Studio 2.0 用に修正
2007/08/25 ページ作成
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