XNA Billboard(公告板技术)

本文介绍3D游戏开发中公告板技术的应用,详细解释如何利用XNA和HLSL实现始终面向摄像机的纹理效果,适用于角色图标、花草树木等元素。

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XNA Billboard(公告板技术)

  公告板技术是3D游戏中用的非常多的一种技术,主要是用于控制场景中的Texture的方向,让他始终以一定的角度对着我们的镜头(一般是垂直于镜头)。
如我们在3D游戏中看到的怪物的蓝、红和怪物名字、一些花草树木等,无论我们在哪个方向看它总是对着我们。
如下图所示:

      

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GraphicsDeviceManager graphics;
Texture2D texRedPanda;
 
//镜头信息参数
Vector3 pos, lookat, up;
//World,View,Project矩阵
Matrix world,view, project;
BasicEffect basicEffect;
//顶点结构
VertexPositionTexture[] vpt;
VertexDeclaration vertexDec;
 
public  GameMain()
{
     graphics = new  GraphicsDeviceManager( this );
     Content.RootDirectory = "Content" ;
}
 
protected  override void  Initialize()
{
     //初始化镜头信息
     pos = new  Vector3(0, 0,200);
     lookat = Vector3.Zero;
     up = Vector3.Up;
 
     //初始化变换矩阵
     world = Matrix.Identity;
     bbWorld = Matrix.Identity;
     view = Matrix.CreateLookAt(pos, lookat, up);
     project = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(MathHelper.PiOver4, 800f/600f, 1, 1000);
 
     vpt = new  VertexPositionTexture[6];
     GraphicsDevice.RenderState.CullMode = CullMode.None;
     base.Initialize();
}
 
protected  override void  LoadContent()
{
 
     texRedPanda = Content.Load<Texture2D>( "RedPanda" );
 
     basicEffect = new  BasicEffect(GraphicsDevice, null);
     vertexDec = new  VertexDeclaration(GraphicsDevice, VertexPositionTexture.VertexElements);
 
     //定义三角形的各顶点坐标和纹理坐标
     vpt[0] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(-25,-25, 0), new  Vector2(0, 1));
     vpt[1] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(-25, 25, 0), new  Vector2(0, 0));
     vpt[2] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(25,-25, 0), new  Vector2(1, 1));
     vpt[3] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(-25, 25, 0), new  Vector2(0, 0));
     vpt[4] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(25, 25, 0), new  Vector2(1, 0));
     vpt[5] = new  VertexPositionTexture( new  Vector3(25,-25, 0), new  Vector2(1, 1));
}
 
protected  override void  Update(GameTime gameTime)
{
     // Allows the game to exit
     if  (GamePad.GetState(PlayerIndex.One).Buttons.Back == ButtonState.Pressed)
         this .Exit();
     base.Update(gameTime);
}
 
protected  override void  Draw(GameTime gameTime)
{
     GraphicsDevice.Clear(Color.Black);
     //设置变换矩阵参数
     basicEffect.World = world;
     basicEffect.View = view;
     basicEffect.Projection = project;
     //设置绘制纹理
     basicEffect.TextureEnabled = true ;
     basicEffect.Texture = texRedPanda;
     basicEffect.Begin();
     foreach (var pass in basicEffect.CurrentTechnique.Passes)
     {
         pass.Begin();
         GraphicsDevice.VertexDeclaration = vertexDec;
         GraphicsDevice.DrawUserPrimitives<VertexPositionTexture>(PrimitiveType.TriangleList, vpt,0, 2);
         pass.End();
     }
     basicEffect.End();
     base.Draw(gameTime);
}

       texRedPanda的位置大概是在坐标原点,为了等会便于观察,将在Update加些内容。让镜头的位置通过键盘控制绕原点旋转(这里不是用World变换)。这里是在网上找的公式:
    x1 = x0 * cosB + y0 * sinB
    y1 = -x0 * sinB + y0 * cosB
 
       x0,y0表示镜头现在的位置,y1,y2表示绕原点旋转B弧度后的坐标。
       现在我们就呆以看到没有使用公告板技术时的效果了。把下面的代码加到Update方法的里:

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float  x0, z0;
x0=pos.X;
z0=pos.Z;
if  (Keyboard.GetState().IsKeyDown(Keys.Left))
{
     pos.X = x0 * ( float )Math.Cos(0.1d) + z0 * ( float )Math.Sin(0.1d);
     pos.Z = (-x0) * ( float )Math.Sin(0.1d) + z0 * ( float )Math.Cos(0.1d);
}
if  (Keyboard.GetState().IsKeyDown(Keys.Right))
{
     pos.X = x0 * ( float )Math.Cos(-0.1d) + z0 * ( float )Math.Sin(-0.1d);
     pos.Z = (-x0) * ( float )Math.Sin(-0.1d) + z0 * ( float )Math.Cos(-0.1d);
}
view = Matrix.CreateLookAt(pos, Vector3.Zero, Vector3.Up);
 
//将视点 位置显示在标题栏
Window.Title = pos.ToString();

       下面我们加一个用了公告板的World变换。主要代码如下,
    bbWorld = Matrix.CreateBillboard(Vector3.Zero, -pos, Vector3.Up, null);
       现在再来对比下 效果,发现无论我们控制镜头在哪个位置,小熊猫图片的下面始终对着我们。

这里已经实现了一个初级的公告板。当然也可以不用XNA的现有方法,我们可以把代码放到HLSL里面去,这里有个实现,但我帮他是数学原理没有推算过。所以只有套着用了。

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float4x4 World;
float4x4 View;
float4x4 Projection;
texture Texture;
 
sampler textureSampler=sampler_state
{
     texture=<Texture>;
     magfilter = LINEAR;
     minfilter = LINEAR;
     mipfilter=LINEAR;
     AddressU = CLAMP;
     AddressV = CLAMP;
};
 
struct  VertexShaderInput
{
     float3 Pos:POSITION0;
     float2 TexCoord:TEXCOORD0;
};
 
struct  VertexShaderOutput
{
     float4 Position : POSITION0;
     float2 TexCoord:TEXCOORD0;
};
 
VertexShaderOutput VertexShaderFunction(VertexShaderInput input)
{
     VertexShaderOutput output;
 
     float4x4 worldViewMatrix = mul(World, View);  
     float3 positionVS = input.Pos + float3(worldViewMatrix._41, worldViewMatrix._42, worldViewMatrix._43);
     output.Position = mul(float4(positionVS, 1.0f), Projection);
     output.TexCoord=input.TexCoord;
 
     return  output;
}
 
float4 PixelShaderFunction(VertexShaderOutput input) : COLOR0
{
     return  tex2D(textureSampler,input.TexCoord);
}
 
technique BillBoard
{
     pass BillBoard
     {
         VertexShader = compile vs_1_0 VertexShaderFunction();
         PixelShader = compile ps_1_0 PixelShaderFunction();
     }
    

      这里就实现了比较常用的公告板技术。到底是用XNA现有方法,还是HLSL,自己视情况面定吧。

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