25.01.2008
Заметки посвящены проблемам отрисовки статичных моделей (мешей) и работе со свободной камерой CD3DCamera использующей возможности CD3DArcBall и управление от DirectInput
Для выполнения упражнений Вам понадобится:
- архив с исходным кодом; (1,84 Mb)
- архив с ОБЩИМ КОДОМ; (772 Кб)
В методе Create приложения (CMyD3DApplication.Create)
Задаем путь для загружаемой при старте приложения модели
m_strMeshFilename:= 'Media\Models\scene1\spacebox0.x';
Создаем объект для камеры (пока вместо камеры будет ArcBall!)
m_ArcBall := CD3DArcBall.Create;
В методе InitDeviceObjects приложения (CMyD3DApplication.InitDeviceObjects)
Производим загрузку модели посредством интерфейса ID3DXMesh и ее текстур
Здесь же производим вычисление сферы ограничивающей модель (D3DXComputeBoundingSphere)
и вычисляем нормали (если они отсутствуют). Нормали будут нужны, т.к. при отображении будет
использоваться освещение (см. метод CMyD3DApplication.RestoreDeviceObjects)
В методе RestoreDeviceObjects приложения (CMyD3DApplication.RestoreDeviceObjects)
Происходит установка необходимых состояний, создание источника света
Установка вычисленного ранее радиуса ограничивающей сферы для ArcBall
Установка проекционной трансформации
В методе FrameMove приложения осуществляется -
D3DXMatrixTranslation(matWorld,
-m_vObjectCenter.x,
-m_vObjectCenter.y,
-m_vObjectCenter.z ); //учет смещений центра модели
D3DXMatrixMultiply(matWorld, matWorld, m_ArcBall.GetRotationMatrix^);
//установка трансформаций от ArcBall
D3DXMatrixMultiply(matWorld, matWorld, m_ArcBall.GetTranslationMatrix^);
m_pd3dDevice.SetTransform(D3DTS_WORLD, matWorld); //установка
мировой трансформации
// Set up view matrix
D3DXMatrixLookAtLH(matView, D3DXVector3(0, 0,-3*m_fObjectRadius),
D3DXVector3(0, 0, 0),
D3DXVector3(0, 1, 0));
m_pd3dDevice.SetTransform(D3DTS_VIEW, matView); //установка
трансформации вида
Использование поведения ArcBall для работы с камерой CD3DCamera и управления от DirectInput (компонент TDXInput из модуля DX8_DIUtil8.pas)
За основу был взят метод CD3DArcBall.HandleMouseMessages
Нужно адаптировать его для указанных целей.
Нажатия клавиш мыши или любых других кнопок регистрируются элементарно.
Отслеживание перемещений мыши осуществляется следующим образом:
Поскольку m_DXInput.Mouse.X и m_DXInput.Mouse.Y отображают только моментальное перемещение мыши,
то использование индикатора
m_UserInput.bMove
:= not ((m_DXInput.Mouse.X = 0) or
(m_DXInput.Mouse.Y = 0));
не позволяет вызывать код в строках -
if
m_UserInput.bMove then
begin
{...}
Можно накапливать моментальные перемещения мыши следующим образом -
m_UserInput.MouseMoveX
:= m_UserInput.MouseMoveX + m_DXInput.Mouse.X;
m_UserInput.MouseMoveY := m_UserInput.MouseMoveY + m_DXInput.Mouse.Y;
При этом отслеживать перемещение можно запоминая последнее перемещение и
сравнивая его с текущим. Отсутствие изменений будет свидетельствовать об отсутствии перемещения -
iMouseX
:= m_UserInput.MouseMoveX;
iMouseY := m_UserInput.MouseMoveY;
m_UserInput.bMove
:= not ((iMouseX = iCurMouseX) or
(iMouseY = iCurMouseY));
iCurMouseX:= iMouseX;
iCurMouseY:= iMouseY;
end;
Для реализации перемещений от правой и средней кнопок мыши пришлось сделать:
if
m_UserInput.bRMouseBtn or m_UserInput.bMMouseBtn then
begin
// Normalize based on size of window and bounding sphere radius
{fDeltaX:= (iCurMouseX - iMouseX) * m_fRadiusTranslation
/ m_iWidth;
fDeltaY:= (iCurMouseY - iMouseY) * m_fRadiusTranslation / m_iHeight;}
fDeltaX:= (-m_DXInput.Mouse.X) * m_fRadiusTranslation / m_iWidth;
fDeltaY:= (-m_DXInput.Mouse.Y) * m_fRadiusTranslation / m_iHeight;
//if (Msg.wParam and MK_RBUTTON) = MK_RBUTTON then
if m_UserInput.bRMouseBtn then
begin
D3DXMatrixTranslation(m_matTranslationDelta, -2*fDeltaX, 2*fDeltaY, 0.0);
D3DXMatrixMultiply(m_matTranslation, m_matTranslation, m_matTranslationDelta);
end
else // wParam & MK_MBUTTON
begin
D3DXMatrixTranslation(m_matTranslationDelta, 0.0, 0.0, 5*fDeltaY);
D3DXMatrixMultiply(m_matTranslation, m_matTranslation, m_matTranslationDelta);
end;
// Store mouse coordinate
{iCurMouseX:= iMouseX;
iCurMouseY:= iMouseY;}
end;
Записывается текущее состояние мыши -
iMouseX
:= LOWORD(Msg.lParam);
iMouseY := HIWORD(Msg.lParam);
Если нажата левая кнопка -
m_bDrag:=
True;
s_vDown:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY);
m_qDown:= m_qNow;
Exit;
Если отпущена левая кнопка -
m_bDrag:= FALSE;
Exit;
Если мышь перемещается -
то если установлен индикатор m_bDrag
//
recompute m_qNow
vCur:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY);
// вектор текущего положения мыши
D3DXQuaternionAxisToAxis(qAxisToAxis, s_vDown, vCur); //
кватернион ориентации между двумя векторами
m_qNow := m_qDown; //
текущий кватернион и
D3DXQuaternionMultiply(m_qNow, m_qNow, qAxisToAxis); //
ориентация по двум векторам
D3DXMatrixRotationQuaternion(m_matRotationDelta, qAxisToAxis); //
из кватерниона получаем матрицу момента //вращения
end else
D3DXMatrixIdentity(m_matRotationDelta); //
индикатор не установлен - матрица момента вращения = матрица //идентичности
D3DXMatrixRotationQuaternion(m_matRotation, m_qNow); //
определение матрицы вращения по кватерниону
m_bDrag:= TRUE;
//
Store mouse coordinate
iCurMouseX:= iMouseX; //
запоминаем текущие координаты мыши
iCurMouseY:= iMouseY;
Exit;
момент вращения в коде нигде не используется, поэтому его можно смело убрать
//
recompute m_qNow
vCur:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY);
// вектор текущего положения мыши
D3DXQuaternionAxisToAxis(qAxisToAxis, s_vDown, vCur); //
кватернион ориентации между двумя векторами
m_qNow := m_qDown; //
текущий кватернион и
D3DXQuaternionMultiply(m_qNow, m_qNow, qAxisToAxis); //
ориентация по двум векторам
D3DXMatrixRotationQuaternion(m_matRotation, m_qNow); //
определение матрицы вращения по кватерниону
m_bDrag:= TRUE;
//
запоминание координат и выход Exit также не играют никакой роли, поэтому
были убраны
В итоге получается следующее:
- В момент нажатия LMB формируется вектор s_vDown по координатам iMouseX, iMouseY и запоминается текущая
ориентация (m_qDown) ;
- В момент перемещений мыши с нажатой LMB определяется текущий вектор vCur, определяется ориентация между положением в момент нажатия LMB и в момент перемещений с LMB.
Остаются следующие трудности: вращение происходит не слишком послушно перемещениям мыши.
Это проявляется в том, что вращение несогласовано с движениями мыши - слишком быстро и не зависит от направления перемещения. Очень трудно подобрать нужную позицию мыши, чтобы осуществить изменение ориентации не только в плоскости, но и в пространстве. В случае с ArcBall это происходит легко и непринужденно.
Что важно для определения ориентации?
if
m_UserInput.bLMouseBtn then
begin
s_vDown:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY); //вектор
текущего положения мыши
m_qDown:= m_qNow;
if
m_UserInput.bMove then
begin
// recompute m_qNow
vCur:= ScreenToVector(m_DXInput.Mouse.X,
m_DXInput.Mouse.Y); //вектор
положения мыши в момент начала движения с нажатой LMB
D3DXQuaternionAxisToAxis(qAxisToAxis, s_vDown, vCur);
m_qNow := m_qDown;
D3DXQuaternionMultiply(m_qNow, m_qNow, qAxisToAxis);
D3DXMatrixRotationQuaternion(m_matRotation, m_qNow);
end;
end;
Введение в код учета момента времени fTimeLapsed := DXUtil_Timer( TIMER_GETELAPSEDTIME );
s_vDown:=
ScreenToVector(Round(iMouseX*fTimeLapsed),
Round(iMouseY*fTimeLapsed));
улучшает ситуацию в плане согласованности от перемещений мыши. Причем введение любых дополнительных коэффициентов - iMouseX*fTimeLapsed*10000 или iMouseX*fTimeLapsed*0.0001 на ситуацию никак не влияет.
s_vDown получается медленно изменяемой величиной (с точки зрения мнгновенных моментов времени) - s_vDown:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY);
vCur
более быстро изменяемая величина, но диапазон значений очень узок из-за
того, что берутся мнгновенные значения перемещений мыши - vCur:=
ScreenToVector(m_DXInput.Mouse.X,
m_DXInput.Mouse.Y);
Если для vCur использовать те же принципы изменения величины (т.е. iMouseX, iMouseY), то опять получаем слишком несогласованные и быстрые вращения - vCur:= ScreenToVector(iMouseX, iMouseY);
Если
для s_vDown использовать принципы изменения для мнгновенных перемещений
- s_vDown:=
ScreenToVector(m_DXInput.Mouse.X,
m_DXInput.Mouse.Y); ,
то вращения вообще перестают происходить из-за формирования практически
идентичных векторов
Введение в код отладочной строки выводящей текущие значения векторов для ArcBall и для GameCamera -
в методе CMyD3DApplication.Render -
{[m_ArcBall.m_vDown.x,
m_ArcBall.m_vDown.y, m_ArcBall.m_vDown.z,
m_ArcBall.m_vCur.x, m_ArcBall.m_vCur.y, m_ArcBall.m_vCur.z]);}
[m_UserInput.vDown.x, m_UserInput.vDown.y, m_UserInput.vDown.z,
m_UserInput.vCur.x, m_UserInput.vCur.y, m_UserInput.vCur.z]);
позволило установить ряд заблуждений, которые были успешно выявлены и исправлены.
- формирование вектора s_vDown должно происходить не в момент нажатия, а в момент отпускания левой кнопки мыши (LMouseButtonUp);
- формирование вектора vCur должно происходить когда мышь движется с нажатой LMB (LMouseButtonDown);
- если в качестве координат курсора мыши использовать накапливаемые моментальные перемещения, то ощущается значительная несогласованность вращений. Это связано с тем, что данные координаты имеют знак и не согласованы с координатами в границах окна. Проблема решается очень просто -
Windows.GetCursorPos(MouseCursorPos);
Windows.ScreenToClient(m_hWnd, MouseCursorPos);
Т.е. если использовать системные координаты курсора приведенные к размерам окна приложения, а в соотвествующих координатах векторов использовать их -
s_vDown := ScreenToVector(MouseCursorPos.X, MouseCursorPos.Y);
{...}
vCur := ScreenToVector(MouseCursorPos.X, MouseCursorPos.Y);
То мы получим полное ощущение полноценных перемещений и вращений как и в случае с ArcBall.
Важные следствия вытекающие из результатов данной работы:
1) в примере с организацией перемещений курсора мыши по экрану (создание игрового меню) можно использовать не только функцию текущих координат мыши, но и использовать собственный учет координат через переменные -
(Можно накапливать моментальные перемещения мыши следующим образом) -
m_UserInput.MouseMoveX
:= m_UserInput.MouseMoveX + m_DXInput.Mouse.X;
m_UserInput.MouseMoveY := m_UserInput.MouseMoveY + m_DXInput.Mouse.Y;
2) поскольку в примере SkinnedMesh также используется ArcBall, то его легко переделать под использование камеры CD3DCamera в соответствии с особенностями описанными нами выше.
в методе CMyD3DApplication.MsgProc - раскомментировать строку кода -
//** m_ArcBall.HandleMouseMessages(hWnd, uMsg, wParam, lParam);
в методе CMyD3DApplication.RestoreDeviceObjects - раскомментировать строку кода - //** SetupArcBall;
а строку кода SetupCamera; закомментировать -
//SetupCamera
в методе CMyD3DApplication.FrameMove - раскомментировать строку кода - //** MoveArcBall;
а строки
UpdateInput;
MoveCamera; - закомментировать -
//UpdateInput;
//MoveCamera;
