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インデックスバッファを使用したボックスの表示

ページ更新日:2010/12/04
概要

ポリゴンを多めに使用してボックスを作成しています。その際、頂点データのデータ量を減らすためにインデックスバッファを使用しています。

インデックスバッファを使用したボックスの表示
動作環境
必須環境
対応 XNA バージョン
  • 4.0
対応プラットフォーム
  • Windows (XP SP2 以降, Vista, 7)
  • Xbox 360
  • Windows Phone 7
Windows 必須頂点シェーダ バージョン 2.0
Windows 必須ピクセルシェーダ バージョン 2.0
動作確認環境
プラットフォーム
  • Windows 7
  • Xbox 360
  • Windows Phone 7 エミュレーター
サンプルの操作方法
内容

ボックスについて

ボックスは6つの面から成り立っており、ひとつの四角形の面は三角ポリゴン2つで構成されています。ということは三角ポリゴンは合計で「2×6=12」枚となります。さらに三角ポリゴンの頂点は3つなので頂点の合計は「12×3=36」個となります。なので、「VertexBuffer」のみで作成する場合は、36個のデータを箱の形になるように位置情報を決めて書き込めば、箱として表示することは可能です。(TriangleStrip の場合は24個必要)

しかし、箱をイメージしてください。箱の角は8個です。位置情報としては8個で十分なはずです。頂点データというのは、数が増えてくるとメモリを圧迫します。これを何とか減らすために使用するのが「IndexBuffer」です。

位置情報は8個でいいのですが、ポリゴンの頂点は必ず36個必要になります。そこで、8個の頂点データを共有してしまいましょうというのが「IndexBuffer」の使用目的になります。

四角形ポリゴン

フィールド

/// <summary>
/// インデックスバッファ
/// </summary>
private IndexBuffer indexBuffer = null;

/// <summary>
/// インデックスバッファの各頂点番号配列
/// </summary>
private static readonly Int16[] vertexIndices = new Int16[] {
    2, 0, 1, // 1枚目のポリゴン
    1, 3, 2, // 2枚目のポリゴン
    4, 0, 2, // 3枚目のポリゴン
    2, 6, 4, // 4枚目のポリゴン
    5, 1, 0, // 5枚目のポリゴン
    0, 4, 5, // 6枚目のポリゴン
    7, 3, 1, // 7枚目のポリゴン
    1, 5, 7, // 8枚目のポリゴン
    6, 2, 3, // 9枚目のポリゴン
    3, 7, 6, // 10枚目のポリゴン
    4, 6, 7, // 11枚目のポリゴン
    7, 5, 4  // 12枚目のポリゴン
};

フィールドには「IndexBuffer」が宣言されていますが、その下に「頂点番号配列」をあらかじめ作成しています。この配列は36個の頂点分の配列を確保していますが、各数値の意味は、各三角形ポリゴンの頂点が8個の頂点データのうちの、何番目の頂点データを使用するかという意味になります。よく見るとわかりますが、中身のデータは「0~7」の間のインデックスが書き込まれています。コメントを見るとわかりやすいでしょう。

ちなみに配列の型を「Int16[]」としていますが「short[]」でもかまいません(2バイト)。「int」(4バイト)で配列を作る場合もありますが、これは頂点数が「65535」を超える場合に使用します。頂点数がこの数値を超えることがない場合は、メモリの消費を抑えるために2バイトデータの配列を作成します。

作成

// 頂点の数
int vertexCount = 8;

// 頂点バッファ作成
this.vertexBuffer = new VertexBuffer(this.GraphicsDevice,
    typeof(VertexPositionColor), vertexCount, BufferUsage.None);

// 頂点データを作成する
VertexPositionColor[] vertives = new VertexPositionColor[vertexCount];

vertives[0] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, 2.0f, -2.0f), Color.Yellow);
vertives[1] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, 2.0f, -2.0f), Color.Gray);
vertives[2] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, 2.0f, 2.0f), Color.Purple);
vertives[3] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, 2.0f, 2.0f), Color.Red);
vertives[4] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, -2.0f, -2.0f), Color.SkyBlue);
vertives[5] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, -2.0f, -2.0f), Color.Orange);
vertives[6] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, -2.0f, 2.0f), Color.Green);
vertives[7] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, -2.0f, 2.0f), Color.Blue);

// 頂点データを頂点バッファに書き込む
this.vertexBuffer.SetData(vertives);

頂点バッファを作成しています。本来頂点は36個作成する必要があるのですが、インデックスバッファを使用することにより8個作成するだけでよくなります。

// インデックスバッファを作成
this.indexBuffer = new IndexBuffer(this.GraphicsDevice,
    IndexElementSize.SixteenBits, 3 * 12, BufferUsage.None);

// 頂点インデックスを書き込む
this.indexBuffer.SetData(vertexIndices);

インデックスバッファを作成しています。第2引数には書き込む頂点インデックスのビット数を指定します。1個のインデックスを2バイトにしているので「IndexElementSize.SixteenBits」を指定します。

第3引数にはインデックスの数を指定します。今回はポリゴンを12枚描画するので「三角形ポリゴンの頂点数×ポリゴン数」である 36 を指定します。もちろんインデックスの配列の要素数をそのまま指定しても問題ありませんが、今回はわかりやすくするためにわざと数値を分けています。

頂点インデックスの配列はすでにフィールドで作成しているので「IndexBuffer.SetData」メソッドで書き込みます。

IndexBuffer コンストラクタ
頂点データを参照するインデックスを管理する IndexBuffer クラスのインスタンスを生成します。
graphicsDevice GraphicsDevice インデックスバッファと関連付ける GraphicsDevice を指定します。
indexElementSize IndexElementSize ひとつの頂点インデックスのサイズ。2バイトの場合は「SixteenBits」、4バイトの場合は「ThirtyTwoBits」を指定BufferUsage.None を指定する。
indexCount int インデックスの数を指定します。
usage BufferUsage インデックスバッファの使用法。特になければ BufferUsage.None を指定します。
MSDN ライブラリの Web ページへリンク
IndexBuffer.SetData メソッド
頂点インデックスの配列をインデックスバッファにコピーする。
T ValueType 頂点インデックス配列の型
data T コピーする頂点インデックス配列
MSDN ライブラリの Web ページへリンク

描画

// インデックスバッファをセット
this.GraphicsDevice.Indices = this.indexBuffer;

インデックスバッファを使用する場合、ポリゴンを描画する前にデバイスにインデックスバッファをセットします。

// インデックスを使用してポリゴンを描画する
this.GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives(
    PrimitiveType.TriangleList,
    0,
    0,
    8,
    0,
    12
);

インデックスバッファと頂点バッファを使用している場合、ポリゴンの描画には「GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives」メソッドを使用します。

第4引数には作成した頂点の数を指定します。サンプルでは8つの頂点データを共有しているので「8」を指定しています。

第6引数にはプリミティブの数を指定します。三角形ポリゴンを12枚描画するので「12」です。

その他の数値パラメータは 0 でいいでしょう。

GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives メソッド
指定された頂点インデックスと頂点バッファに基づいてプリミティブを描画します。
primitiveType PrimitiveType 描画するプリミティブを指定します。
baseVertex int インデックスバッファの各頂点インデックスに追加するオフセット。例えば、最初の頂点インデックスで頂点データ2を指してした場合に、この引数に「1」を指定すると、最初の頂点インデックスは頂点データ3を指すことになる。
minVertexIndex int 呼び出しで使われる頂点の最小頂点インデックス。例えば、minVertexIndex に 1 を指定すると頂点データのインデックスが1増える (バッファの数が増えるわけではないため、最後の頂点データの要素は指定できなくなる)。頂点インデックスで 2 番目の頂点データを指していた場合は1番目頂点データを指すことになる。
numVertices int 使用される頂点データの数。
startIndex int 頂点インデックスの開始オフセット。例えば、primitiveType に TriangleList を指定している場合は、「3, 6, 9,...」のような指定の仕方をして描画を開始するポリゴンを飛ばす。3 で割れる数値以外を指定するとモデルが崩れる。(インデックスがすべてずれてしまうため)
primitiveCount int 描画するプリミティブの数。指定できる最大値は「頂点インデックスの数÷プリミティブの頂点数 - startIndex」
MSDN ライブラリの Web ページへリンク
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_indexbufferbox_4_0_project.zip 111 KB 4.0 Windows (XP SP2 以降, Vista, 7), Xbox 360, Windows Phone 7 2010/12/04
xna_tips_indexbufferbox_3_0_project.zip 19 KB 3.0 Windows (XP SP2 以降, Vista), Xbox 360 2009/01/04
xna_tips_indexbufferbox_2_0_project.zip 17 KB 2.0 Windows (XP SP2, Vista), Xbox 360 2008/01/02
xna_tips_indexbufferbox_1_0_ref_project.zip 18 KB 1.0 Refresh Windows (XP SP2, Vista), Xbox 360 2007/09/24

※ Ver 4.0 のパッケージには実行ファイルも含まれています。(Windows 版のみ)

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_indexbufferbox_3_0_exe.zip 6.9 KB 3.0 Windows (XP SP2 以降, Vista) 2009/01/04
xna_tips_indexbufferbox_2_0_exe.zip 6.8 KB 2.0 Windows (XP SP2, Vista) 2008/01/02
xna_tips_indexbufferbox_1_0_ref_exe.zip 6.7 KB 1.0 Refresh Windows (XP SP2, Vista) 2007/09/24
全コード
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 IndexBufferBox
{
    /// <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>
        /// 基本エフェクト
        /// </summary>
        private BasicEffect basicEffect = null;

        /// <summary>
        /// 頂点バッファ
        /// </summary>
        private VertexBuffer vertexBuffer = null;

        /// <summary>
        /// インデックスバッファ
        /// </summary>
        private IndexBuffer indexBuffer = null;

        /// <summary>
        /// インデックスバッファの各頂点番号配列
        /// </summary>
        private static readonly Int16[] vertexIndices = new Int16[] {
            2, 0, 1, // 1枚目のポリゴン
            1, 3, 2, // 2枚目のポリゴン
            4, 0, 2, // 3枚目のポリゴン
            2, 6, 4, // 4枚目のポリゴン
            5, 1, 0, // 5枚目のポリゴン
            0, 4, 5, // 6枚目のポリゴン
            7, 3, 1, // 7枚目のポリゴン
            1, 5, 7, // 8枚目のポリゴン
            6, 2, 3, // 9枚目のポリゴン
            3, 7, 6, // 10枚目のポリゴン
            4, 6, 7, // 11枚目のポリゴン
            7, 5, 4  // 12枚目のポリゴン
        };


        /// <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 ((10, 10, 10) から原点を見る)
            this.basicEffect.View = Matrix.CreateLookAt(
                    new Vector3(10.0f, 10.0f, 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
                );

            // 頂点の数
            int vertexCount = 8;

            // 頂点バッファ作成
            this.vertexBuffer = new VertexBuffer(this.GraphicsDevice,
                typeof(VertexPositionColor), vertexCount, BufferUsage.None);

            // 頂点データを作成する
            VertexPositionColor[] vertives = new VertexPositionColor[vertexCount];

            vertives[0] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, 2.0f, -2.0f), Color.Yellow);
            vertives[1] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, 2.0f, -2.0f), Color.Gray);
            vertives[2] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, 2.0f, 2.0f), Color.Purple);
            vertives[3] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, 2.0f, 2.0f), Color.Red);
            vertives[4] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, -2.0f, -2.0f), Color.SkyBlue);
            vertives[5] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, -2.0f, -2.0f), Color.Orange);
            vertives[6] = new VertexPositionColor(new Vector3(-2.0f, -2.0f, 2.0f), Color.Green);
            vertives[7] = new VertexPositionColor(new Vector3(2.0f, -2.0f, 2.0f), Color.Blue);

            // 頂点データを頂点バッファに書き込む
            this.vertexBuffer.SetData(vertives);

            // インデックスバッファを作成
            this.indexBuffer = new IndexBuffer(this.GraphicsDevice,
                IndexElementSize.SixteenBits, 3 * 12, BufferUsage.None);

            // 頂点インデックスを書き込む
            this.indexBuffer.SetData(vertexIndices);
        }

        /// <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);

            // 描画に使用する頂点バッファをセット
            this.GraphicsDevice.SetVertexBuffer(this.vertexBuffer);

            // インデックスバッファをセット
            this.GraphicsDevice.Indices = this.indexBuffer;

            // 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.Apply();
                
                // インデックスを使用してポリゴンを描画する
                this.GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives(
                    PrimitiveType.TriangleList,
                    0,
                    0,
                    8,
                    0,
                    12
                );
            }

            // 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
2010/12/04 XNA Game Studio 4.0 用に修正
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
2008/01/02 XNA Game Studio 2.0 用に修正
2007/09/24 ページ作成
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