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XNA Simple Animation

Amo Wu

• 7 min read

因為我的大學專題是寫一款四人網路連線的格鬥遊戲，所以對 XNA 這套微軟提供的遊戲開發平台有點研究，之前在痞客邦寫網誌的時候有寫過幾篇這個作品的開發情況，後來因為實在太忙了所以沒有繼續介紹下去，現在這個遊戲已經在去年完成了，也得到不錯的成績，有機會我會 PO 上來分享一些製作心得。

在網誌搬到 Blogger 之後一直沒有機會寫一些跟 XNA 有關的文章，我打算介紹一些 XNA Creators Club 教學範例中所使用到的開發技術，國內介紹 XNA 的文章不多，有興趣用 XNA 開發遊戲的人，推薦可以到點部落去看一些不錯的文章。

這一篇我想先介紹 XNA 如何使用 Model、ModelBone 和 ModelMesh 等技術去載入一個 3D 模型，然後控制一些簡單的 3D 動畫。

首先必須先準備一個 3D 模型，XNA 預設的類型有 .x 跟 .fbx 兩種模型檔，這裡我們先用微軟提供的坦克車模型（part1）（part2）來作示範。

一開始先建立一個 XNA 的專案。

將模型檔加入到 Content 資料夾內。

新增一個 Tank.cs：

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Content;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
 
namespace SimpleAnimationSample
{
	/// <summary>
	/// 能讓零件動作的坦克車模型類別
	/// </summary>
	public class Tank
	{
		/// <summary>
		/// 坦克車模型
		/// </summary>
		private Model tankModel;
 
		/// <summary>
		/// 坦克所有組件的平移矩陣
		/// </summary>
		private Matrix[] boneTransforms;
 
		/// <summary>
		/// 載入坦克車資源
		/// </summary>
		public void Load(ContentManager content)
		{
			// 從ContentManager載入坦克車模型.
			this.tankModel = content.Load<Model>("tank");
 
			// 配置所有組件的平移矩陣
			this.boneTransforms = new Matrix[this.tankModel.Bones.Count];
		}
		/// <summary>
		/// 坦克車的繪圖機制
		/// </summary>
		/// <param name="world">世界矩陣</param>
		/// <param name="view">觀察矩陣</param>
		/// <param name="projection">投影矩陣</param>
		public void Draw(Matrix world, Matrix view, Matrix projection)
		{
			// 設定坦克車最上層的平移矩陣為世界矩陣
			this.tankModel.Root.Transform = world;
 
			// 更新所有組件的平移矩陣
		this.tankModel.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(this.boneTransforms);
 
			// 繪製模型
			foreach (ModelMesh mesh in this.tankModel.Meshes)
			{
				foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
				{
					effect.World = this.boneTransforms[mesh.ParentBone.Index];
					effect.View = view;
					effect.Projection = projection;
 
					effect.EnableDefaultLighting();
				}
 
				mesh.Draw();
			}
		}
	}
}

修改遊戲主程式 Game1.cs（這裡我命名為 SimpleAnimation.cs）：

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Content;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;
 
namespace SimpleAnimationSample
{
	/// <summary>
	/// 控制坦克車模型動畫的範例程式
	/// </summary>
	public class SimpleAnimation : Microsoft.Xna.Framework.Game
	{
		private GraphicsDeviceManager graphics;
 
		private Tank tank;
		public SimpleAnimation()
		{
			this.graphics = new GraphicsDeviceManager(this);
 
			this.graphics.PreferredBackBufferWidth = 600;
			this.graphics.PreferredBackBufferHeight = 450;
 
			this.Content.RootDirectory = "Content";
		}
 
		/// <summary>
		/// 初始化遊戲內容
		/// </summary>
		protected override void Initialize()
		{
			this.tank = new Tank();
 
			base.Initialize();
		}
 
		/// <summary>
		/// 載入遊戲資源
		/// </summary>
		protected override void LoadContent()
		{
			this.tank.Load(this.Content);
		}
 
		/// <summary>
		/// 遊戲繪圖更新
        /// </summary>
		/// <param name="gameTime">上一次繪圖後經過的時間</param>
		protected override void Draw(GameTime gameTime)
		{
			this.GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);
 
			// 視窗畫面
			Viewport viewport = this.GraphicsDevice.Viewport;
 
			// 畫面長寬比
			float aspectRatio = (float)viewport.Width / (float)viewport.Height;
 
			// 世界矩陣(縮放矩陣, 旋轉矩陣, 平移矩陣)
			Matrix world = Matrix.CreateScale(1.0f) * Matrix.CreateRotationY(MathHelper.PiOver4) * Matrix.CreateTranslation(Vector3.Zero);
 
			// 觀察矩陣(攝影機座標, 攝影機焦點座標, 攝影機上方的向量)
			Matrix view = Matrix.CreateLookAt(new Vector3(1000, 600, 0), new Vector3(0, 100, 0), Vector3.Up);
 
			// 投影矩陣(畫面視角呈現弧度, 畫面長寬比, 近景值, 遠景值)
			Matrix projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(MathHelper.PiOver4, aspectRatio, 10, 10000);
 
			this.tank.Draw(world, view, projection);
 
			base.Draw(gameTime);
		}
	}
}

上面我們完成了基本的坦克車模型載入，接下來要讓它的每個組件都能動作。

如果要讓模型內的組件獨立動作的話，會需要用到 ModelBone 這個類別，這裡我們先示範讓坦克車的左前輪轉動。

要讓左前輪動就必須知道他在模型內的 Mesh 命名，如果不知道當初建模時的命名，可以照下圖的步驟找出左前輪的名稱。

找到左前輪的命名 "l_front_wheel_geo" 後，就可以開始用程式去控制它了，修改 Tank.cs：

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Content;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
 
namespace SimpleAnimationSample
{
	/// <summary>
	/// 能讓零件動作的坦克車模型類別
	/// </summary>
	public class Tank
	{
		/// <summary>
		/// 坦克車模型
		/// </summary>
		private Model tankModel;
 
		// 坦克左前輪組件
		private ModelBone leftFrontWheelBone;
 
		// 坦克左前輪的平移矩陣
		private Matrix leftFrontWheelTransform;
 
		/// <summary>
		/// 坦克所有組件的平移矩陣
		/// </summary>
		private Matrix[] boneTransforms;
		// 輪子的旋轉值
		private float wheelRotationValue;
 
		/// <summary>
		/// Get或Set輪子的旋轉值.
		/// </summary>
		public float WheelRotation
		{
			get { return wheelRotationValue; }
			set { wheelRotationValue = value; }
		}
 
		/// <summary>
		/// 載入坦克車資源
		/// </summary>
		public void Load(ContentManager content)
		{
			// 從ContentManager載入坦克車模型.
			this.tankModel = content.Load<Model>("tank");
 
			// 參照坦克左前輪組件
			this.leftFrontWheelBone = this.tankModel.Bones["l_front_wheel_geo"];
 
			// 取得左前輪平移矩陣
			this.leftFrontWheelTransform = this.leftFrontWheelBone.Transform;
 
			// 配置所有組件的平移矩陣
			this.boneTransforms = new Matrix[this.tankModel.Bones.Count];
		}
		/// <summary>
		/// 坦克車的繪圖機制
		/// </summary>
		/// <param name="world">世界矩陣</param>
		/// <param name="view">觀察矩陣</param>
		/// <param name="projection">投影矩陣</param>
		public void Draw(Matrix world, Matrix view, Matrix projection)
		{
			// 設定坦克車最上層的平移矩陣為世界矩陣
			this.tankModel.Root.Transform = world;
 
			// 輪子繞著X軸旋轉
			Matrix wheelRotation = Matrix.CreateRotationX(this.wheelRotationValue);
			// 左前輪的平移矩陣 = 旋轉矩陣 * 平移矩陣
			this.leftFrontWheelBone.Transform = wheelRotation * this.leftFrontWheelTransform;
 
			// 更新所有組件的平移矩陣
			this.tankModel.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(this.boneTransforms);
 
			// 繪製模型
			foreach (ModelMesh mesh in this.tankModel.Meshes)
			{
				foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects)
				{
					effect.World = this.boneTransforms[mesh.ParentBone.Index];
					effect.View = view;
					effect.Projection = projection;
 
					effect.EnableDefaultLighting();
				}
 
				mesh.Draw();
			}
		}
	}	
}

接著馬上更新遊戲主程式，讓坦克的左前輪旋轉，修改 Game1.cs（SimpleAnimation.cs）：

using Microsoft.Xna.Framework;
using Microsoft.Xna.Framework.Content;
using Microsoft.Xna.Framework.Graphics;
using Microsoft.Xna.Framework.Input;
 
namespace SimpleAnimationSample
{
	/// <summary>
	/// 控制坦克車模型動畫的範例程式
	/// </summary>
	public class SimpleAnimation : Microsoft.Xna.Framework.Game
	{
		private GraphicsDeviceManager graphics;
 
		private Tank tank;
		public SimpleAnimation()
		{
			this.graphics = new GraphicsDeviceManager(this);
 
			this.graphics.PreferredBackBufferWidth = 600;
			this.graphics.PreferredBackBufferHeight = 450;
 
			this.Content.RootDirectory = "Content";
		}
 
		/// <summary>
		/// 初始化遊戲內容
		/// </summary>
		protected override void Initialize()
		{
			this.tank = new Tank();
 
			base.Initialize();
		}
 
		/// <summary>
		/// 載入遊戲資源
		/// </summary>
		protected override void LoadContent()
		{
			this.tank.Load(this.Content);
		}
 
		/// <summary>
		/// 遊戲邏輯更新
		/// </summary>
		/// <param name="gameTime">上一次更新後經過的時間</param>
		protected override void Update(GameTime gameTime)
		{
			// 上次更新後到現在經過幾秒
			float time = (float)gameTime.TotalGameTime.TotalSeconds;
 
			// 更新坦克輪子的旋轉值
			this.tank.WheelRotation = time * 5;
 
			base.Update(gameTime);
		}
 
		/// <summary>
		/// 遊戲繪圖更新
		/// </summary>
		/// <param name="gameTime">上一次繪圖後經過的時間</param>
		protected override void Draw(GameTime gameTime)
		{
			this.GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);
 
			// 視窗畫面
			Viewport viewport = this.GraphicsDevice.Viewport;
 
			// 畫面長寬比
			float aspectRatio = (float)viewport.Width / (float)viewport.Height;
 
			// 世界矩陣(縮放矩陣, 旋轉矩陣, 平移矩陣)
			Matrix world = Matrix.CreateScale(1.0f) * Matrix.CreateRotationY(MathHelper.PiOver4) * Matrix.CreateTranslation(Vector3.Zero);
 
			// 觀察矩陣(攝影機座標, 攝影機焦點座標, 攝影機上方的向量)
			Matrix view = Matrix.CreateLookAt(new Vector3(1000, 600, 0), new Vector3(0, 100, 0), Vector3.Up);
 
			// 投影矩陣(畫面視角呈現弧度, 畫面長寬比, 近景值, 遠景值)
			Matrix projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(MathHelper.PiOver4, aspectRatio, 10, 10000);
 
			this.tank.Draw(world, view, projection);
 
			base.Draw(gameTime);
		}
	}
}

沒意外的話坦克車的左前輪就會開始旋轉了，接著其他的組件也只要按照上面的步驟加入程式碼，就能完成一部很酷的坦克車動畫了，手邊如果有其他模型檔的話也可以玩玩看~

完整範例程式：

參考資料：