关于DirectX中的三角形拾取的的另一种方法

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以前由于任务要求,曾对编写仿真环境中有简单的了解。

而三维转二维通过一定的转化时可以实现的,其中大多游戏引擎都是经过以下四步:

1.世界转换。世界转换是从物体的相对坐标转为世界坐标,包含物体以哪条轴转动及平移

2.相机转换。相机转换相当于人眼的观察方向。

3.投影转换。投影变换时三维转二维的重要步骤,是把物体投影到垂直于相机的平面,其中分为正投影及透视投影。

4.视角变换。是将其按照投影后平面与计算机屏幕关系进行线形插补得出图像。

从而一个点(X,Y,Z)变为(Sx,Sy)

对于三维转二维,重要的计算机应用为鼠标的拾取,在网上大多数都有教程及数学关系的转换,本文不再提及。

其中拾取的主要思想为以相机作为原点,以鼠标点击的点作为向量,其中得出的点向式射线与三角形进行相交判断。

其中

假设图形程序窗口的宽为ScreenWidth,高为ScreenHeigh

Px=(ScreenWidth.x-ScreenWidth/2)/ScreenWidth*2

py=(-ScreenWidth.y-ScreenHeigh/2)/ScreenHeigh*2

pz=0

得出在投影面上的点后,由于三维点是通过上面四大变换中的4个矩阵的相乘的出二维点的,所以二维点得出三维点为上面矩阵的逆矩阵,

其中已存在的矩阵可通过g_pd3dDevice->GetTransfrom()函数得出相对应的投影矩阵及相机矩阵,然后通过D3DXMatrixInverse函数得出矩阵的逆,将点相乘便可得出三维点。

后面有很多文章推荐使用D3D的拓展函数D3DXIntersect快速检测三角形,但我以前却发现使用该函数得出的结果不正确,不知道是哪方面出现问题,一天后也得不出自己的想要的结果。无奈,只能采用别的办法。

以下为主要思想:通过D3D中的D3DXIntersectTri函数检测,该函数能正确检测结果,但需要自己把三角形的三个顶点及射线输进为参数。

通过.X文件读取三维模型中的所有三角形的顶点数据,根据其索引找到每个三角形对应的顶点,以下为部分代码

int ReadXFile(IDirect3DDevice9* pd3dDevice)
{
	MaterixSet(pd3dDevice);//先调到初始矩阵,读取世界矩阵,方便将从网格取出的局部坐标转为世界坐标
	char Buf[2000] = {0};//存放临时一行总元素数组,这个要足够大内存空间,否则内存太小读不完一直循环
	std::string TxtA;//临时存放的文本
	unsigned short VertMount = 0,i = 0,mount = 0;//顶点的数目,循环数目,顶点分割循环数目
	unsigned short VertInxMount = 0;//获取顶点索引数目
	char A[20] = {0};//定义一个临时数组存放临时内容
	char token[100]={0};//复制一行的数组到分割数组中
	char *tokenremain = token;//获得原始字符串指针,但该指针可变,适应下文分割语句
	char *tok1 = NULL;//分割后存坐标数值得指针
	char* BufZ = NULL;//临时存放读取的字符串比较

	//取得D3D初始世界矩阵模块
	D3DXMATRIX matWorld ;//获得观察矩阵,世界矩阵
	pd3dDevice->GetTransform(D3DTS_WORLD,&matWorld);//获得了世界矩阵

	//获取面模块
	unsigned short a = 0,b = 0,c = 0;//临时获取相对应面的顶点的索引的变量,用于放进数组中

	//获取.X文件内部矩阵模块
	std::string JuZhen;//源字符串
	float m[17]={0};//矩阵元素
	std::string B;//临时存放分割的数组
	Vert VertRHWTran;//矩阵转换临时存放结果,防止坐标值结果影响正在的计算

	std::ifstream fn("MaTong.x",std::ios::_Nocreate);//打开文件
	if (fn.fail() == 1)//检查文件是否失败
	{
		std::cerr<<"error opening the File\n"<<std::endl;
	}
	while(fn.eof() != 1)//文件没到尾就一直读取
	{

		fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
		BufZ = Buf;

		//获取.X文件内部矩阵模块
		if(strcmp(BufZ," FrameTransformMatrix {") == 0)//检测字符串是否相等,读矩阵
		{
			fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
			JuZhen = Buf;
			for (i = 1;i< 16;i++)
			{
				mount = JuZhen.find(",",0);//首先找到分割符
				B = JuZhen.substr(0,mount);//取分割符前的
				m[i] = atof(B.c_str());//将字符串变为数字,
				JuZhen = JuZhen.substr(mount+1);//去掉已分割的字符串
			}
			m[16] = atof(JuZhen.c_str());//最后将剩下的一个不能分割的字符串转变为数字,完成全部提取
		}
		//获取顶点坐标及索引总模块
		if(strcmp(BufZ," Mesh  {") == 0)//检测字符串是否相等,读顶点
		{
			fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
			BufZ = Buf;
			VertMount = atoi(BufZ);//获取顶点数目

			//获取顶点数目模块
			for ( i = 0;i < VertMount;i++)
			{
				fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
				strncpy( token, Buf, 50); // 最后一个位置为\0保留*/,复制指针内容到数组里去

				//分割坐标字符串模块
				tok1 = strtok(tokenremain,";");//第一次分割字符串,将,改变为\0,作用先跳一行
				strncpy( A, tok1, 19); // 将文本拷贝到数组
				VertRHW[i].x = atof(A);//获取x值
				for (mount = 0; mount < 2;mount++)
				{
					tok1 = strtok(NULL,";");//继续分割字符串,指针改为空,停留
					strncpy( A, tok1, 19); // 将文本拷贝到数组
					switch(mount)
					{
					case 0: VertRHW[i].y = atof(A);break;//赋值y值
					case 1:VertRHW[i].z = atof(A);break;//赋值Z值
					default:                  ;break;//其余为空语句,防止出错
					}	
				}	
			}
			//.X文件内部顶点矩阵装换模块
			for ( i = 0;i < VertMount;i++)
			{
				VertRHWTran.x = VertRHW[i].x;VertRHWTran.y = VertRHW[i].y;VertRHWTran.z = VertRHW[i].z;//临时存放结果,防止矩阵转换时影响计算
				VertRHW[i].x = VertRHWTran.x*m[1]+VertRHWTran.y*m[5]+VertRHWTran.z*m[9]+m[13];
				VertRHW[i].y = VertRHWTran.x*m[2]+VertRHWTran.y*m[6]+VertRHWTran.z*m[10]+m[14];
				VertRHW[i].z = VertRHWTran.x*m[3]+VertRHWTran.y*m[7]+VertRHWTran.z*m[11]+m[15];
			}

			D3D世界矩阵,使其局部坐标变为世界坐标
			//for ( i = 0;i < VertMount;i++)
			//{
			//	VertRHWTran.x = VertRHW[i].x;VertRHWTran.y = VertRHW[i].y;VertRHWTran.z = VertRHW[i].z;//临时存放结果,防止矩阵转换时影响计算
			//	VertRHW[i].x = VertRHWTran.x*matWorld._11+VertRHWTran.y*matWorld._21+VertRHWTran.z*matWorld._31+matWorld._41;
			//	VertRHW[i].y = VertRHWTran.x*matWorld._12+VertRHWTran.y*matWorld._22+VertRHWTran.z*matWorld._32+matWorld._42;
			//	VertRHW[i].z = VertRHWTran.x*matWorld._13+VertRHWTran.y*matWorld._23+VertRHWTran.z*matWorld._33+matWorld._43;
			//}
			//获取顶点索引模块
			fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
			BufZ = Buf;
			VertInxMount = atoi(BufZ);//获取顶点索引数目
			for (i = 0;i < VertInxMount;i++)
			{
				fn.getline(Buf,sizeof(Buf));
				strncpy( token, Buf, 50); // 最后一个位置为\0保留*/,复制指针内容到数组里去

				//将多少个点与索引模块隔离模块
				tok1 = strtok(tokenremain,";");//第一次分割字符串

				//提取顶点索引模块
				for (mount = 0;mount < 3 ; mount++)
				{
					tok1 = strtok(NULL,",");//第一次分割字符串,将,改变为\0,作用先跳一行
					strncpy( A, tok1, 19); // 将文本拷贝到数组
					VertInxRHW[3*i+mount] = atoi(A);//依次获取索引值
				}
			}
			fn.close();//获取完索引,关闭文件

			//综合结合顶点及索引的面模块
			MianMount = VertInxMount;
			for (mount= 0;mount < MianMount;mount++)//第几个面
			{
				for(i = 0;i < 3;i++)
				{
					a = VertInxRHW[i+3*mount];
					switch (i)
					{
					case 0 :VertMian[mount].Vertor1 = VertRHW[a];break;
					case 1 :VertMian[mount].Vertor2 = VertRHW[a];break;
					case 2 :VertMian[mount].Vertor3 = VertRHW[a];break;
					default:                                    ;break;
					}

				}
			}

			return 1;//完成所有信息的提取,跳出函数,减小计算,返回1表示正常
		}
	}
	fn.close();//关闭文件
	return(0);//返回0,表示异常,没有获取顶点与索引
};

获取三角形后根据D3DXIntersectTri函数检测其与所有三角形是否相交,并保留最小的相交的距离的三角形,该三角形即为该鼠标拾取的三角形。以下为部分代码

//初始化参数
	INTERSECTION g_IntersectionArray; // 临时存放相交面的总信息
	D3DXVECTOR3 vPickRayDir;//拾取向量
	D3DXVECTOR3 vPickRayOrig;//拾取起点
	float uz = 0.0,vz = 0.0;//击中三角形相交点的权重
	float distanceZ = 0.0;//距离
	BOOL bInt = FALSE;//是否该面相交标志
	g_IntersectionArray.dis = 0.0;//初始化相交距离
	PointAB JixiebiAB;

	D3DXVECTOR3 Vectorz1;//三角形第一点
	D3DXVECTOR3 Vectorz2;//三角形第二点
	D3DXVECTOR3 Vectorz3;//三角形第三点
	D3DXVECTOR3 Vectorzz;//三角形相交点
	//循环参数初始化
	unsigned short mount = 0;//循环三角形面的次数
	float AngleMount = 0.0;//角度的变量
	unsigned short YuanMount = 0;
    unsigned short SuiMount = 0;

	for (SuiMount = 0; SuiMount < 30 ; SuiMount++)
	{
		for( YuanMount = 0; YuanMount < 360; YuanMount++ )//圆周循环次数
		{
			//初始化参数
			g_IntersectionArray.dis = 0;//初始化击中距离用于判断!!必须,否则上一个的距离影响下一个的判断
			bInt = FALSE;//不与面相交
			if (SuiMount % 2 == 0)//180度顺时针与逆时针旋转
			{
				AngleMount =PI+0.5*YuanMount*(PI/180);//逆时针加旋转角度
			} 
			else
			{
				AngleMount =-0.5*YuanMount*(PI/180);//顺时针加旋转角度
			}
			uz = 0.0,vz = 0.0;

			// 射线转换
			vPickRayDir.x = -1.0*sin(AngleMount);//射线向量点
			vPickRayDir.y = 0.0;
			vPickRayDir.z = -1.0*cos(AngleMount);

			vPickRayOrig.x = 1000.0*sin(AngleMount);//射线起点,设置相机为300的位置观察
			vPickRayOrig.y = 770+SuiMount;//加一点高度避免射线同时点到底部三角形的边,而重心公式反推三维公式不适用
			vPickRayOrig.z = 1000.0*cos(AngleMount);

			D3DXVec3Normalize( &vPickRayDir, &vPickRayDir);  //单位化向量   
			for (mount = 0; mount < MianMount;mount++)//历遍全部面返回与射线相交最短距离的面
			{
				Vectorz1.x = VertMian[mount].Vertor1.x;
				Vectorz1.y = VertMian[mount].Vertor1.y;
				Vectorz1.z = VertMian[mount].Vertor1.z;

				Vectorz2.x = VertMian[mount].Vertor2.x;
				Vectorz2.y = VertMian[mount].Vertor2.y;
				Vectorz2.z = VertMian[mount].Vertor2.z;

				Vectorz3.x = VertMian[mount].Vertor3.x;
				Vectorz3.y = VertMian[mount].Vertor3.y;
				Vectorz3.z = VertMian[mount].Vertor3.z;

				bInt = D3DXIntersectTri(&Vectorz1, &Vectorz2, &Vectorz3, &vPickRayOrig, &vPickRayDir,&uz, &vz, &distanceZ);
				if( bInt )
				{
					g_dwIntersections = TRUE;
					if (g_IntersectionArray.dis == 0)//初始化获取与第一个相交面的距离
					{
						g_IntersectionArray.dis = distanceZ;
					}

					if (distanceZ <= g_IntersectionArray.dis )//判断上一个面与下一个面相交距离,返回相交距离的最小值
					{
						g_IntersectionArray.Vector1 =Vectorz1;
						g_IntersectionArray.Vector2 =Vectorz2;
						g_IntersectionArray.Vector3 =Vectorz3;
						g_IntersectionArray.u =uz;
						g_IntersectionArray.v =vz;
						g_IntersectionArray.MianNumMount = mount;
						g_IntersectionArray.dis = distanceZ;
					}
				}

			}

其中要注意.X文件中获取的点不是真正的点,要乘上.X文件中的内部矩阵转换后才是真正的点,内部矩阵位置格式如下图

Frame o {

FrameTransformMatrix {


1.000000,0.000000,0.000000,0.000000,0.000000,1.000000,0.000000,0.000000,0.000000,0.000000,1.000000,0.000000,61.909517,0.175235,-34.152534,1.000000;;

}

经测试,此方法可行,能实现拾取功能,但运算量太大,实用性不高,但在不考虑时间成本的前提下,也是一种方法。

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大笑



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