Za´kladem kolizı´ jsou 3D objekty tzv. koliznı´ objekty, ktere´ obalujı´ modely na obrazovce, samotne´ kolize zjednodusˇujı´ a deˇlajı´ je matematicky uskutecˇnitelny´mi v rea´lne´m cˇase.
Modely v te´to aplikaci jsou pouze krychle, vy´pocˇetneˇ a tvaroveˇ jednoduche´ objekty, ale pro dalsˇı´ pra´ci v aplikaci a mozˇny´ vy´skyt slozˇiteˇjsˇı´ch modelu˚ byly v pra´ci vytvorˇeny metody pro obalova´nı´ teˇchto modelu˚ snazsˇı´mi objekty. Obalenı´m docha´zı´ ovsˇem ke ztra´teˇ informace a v du˚sledku konecˇny´ vy´pocˇet nenı´ prˇesny´, avsˇak vy´pocˇetnı´ cˇas je mnohem kratsˇı´. Pro obalenı´ se pouzˇı´vajı´ dva za´kladnı´ obrazce - koule (bounding sphere) a kva´dr (bounding box). Pro vy´pocˇty je nejrychlejsˇı´ vy´pocˇet kolize koule s koulı´, kdy se spocˇı´ta´
pouze vzda´lenost jejich strˇedu˚. Kva´dry jizˇ majı´ vy´pocˇet slozˇiteˇjsˇı´, avsˇak existuje pro neˇ pa´r zjednodusˇujı´cı´ch pravidel. Tyto kva´dry jsou osoveˇ orientovane´, jinak rˇecˇeno nejde s nimi rotovat a jejich hrany sta´le zu˚sta´vajı´ rovnobeˇzˇne´ s osami hernı´ho sveˇta, jak lze videˇt na obra´zku cˇ. 14, kde napravo je uka´za´no zveˇtsˇenı´ bounding boxu (cˇerny´ cˇtverec) prˇi rotaci krychle (cˇervene´ho cˇtverce).
Obra´zek 14: Bounding box prˇi rotaci
Jak lze videˇt na obra´zku, pouzˇitı´ obalovacı´ho kva´dru pro rotujı´cı´ objekty nenı´ prˇı´lisˇ vhodne´. Pro tyto u´cˇely je lepsˇı´ pouzˇı´t kouli, nebot’ ta prˇi rotaci krychle zu˚sta´va´ porˇa´d stejna´.
5.4.1 Implementace kolizı´
Pro rˇesˇenı´ kolize je nejdrˇı´ve nutne´ pozˇadovany´ model obalit jak je uvedeno vy´sˇe. Obalenı´
koulı´ ve frameworku MonoGame je velice snadne´, protozˇe ve trˇı´deˇ ModelMesh je jizˇ promeˇnna´BoundintSphere, cozˇ je ve skutecˇnosti uzˇ samotna´ koule.
BoundingSphere sphere =newBoundingSphere(Vector3.Zero, 0);
foreach (ModelMesh mesh in model.Meshes)
Princip zı´ska´nı´ koule je jednoduchy´. Projdou se postupneˇ vsˇechny cˇa´sti modelu, kde kazˇda´ tato cˇa´st (ModelMesh) ma´ jizˇ vytvorˇenou svou kouli. Tu je ovsˇem potrˇeba jesˇteˇ trans-formovat. Toto se prova´dı´ uvedenou metodou ve vy´piseTransform, ktere´ se v parametru prˇeda´va´ transformacˇnı´ matice pro danou cˇa´st modelu. Dalsˇı´ metodou CreateMerged se na´sledneˇ jednotlive´ koule skla´dajı´ do jedne´, ktera´ je nakonec vy´slednou koulı´ obalujı´cı´
dany´ model. Pokud na´sledneˇ dojde ke zmeˇneˇ meˇrˇı´tka, nebo posunu modelu, je potrˇeba pokazˇde´ tuto kouli znovu transformovat.
Matrix transform = Matrix.CreateScale(Meritko)∗Matrix.CreateTranslation(Pozice);
sphere = sphere.Transform(transform);
Vy´pis 10: Tansformace BoundingSphere
Stacˇı´ pouze vytvorˇit pozˇadovanou transformacˇnı´ matici se spra´vny´m meˇrˇı´tkem a pozicı´
a tu na´sledneˇ prˇedat opeˇt metodeˇTransform.
Prˇi vytva´rˇenı´ bounding boxu je postup poneˇkud slozˇiteˇjsˇı´. Jelikozˇ trˇı´da ModelMesh neobsahuje promeˇnnou BoundingBox, jak tomu bylo u koule. Trˇı´da BoundingBox sice obsahuje statickou metodu pro vytvorˇenı´ obalove´ho kva´dru z obalove´ koule, avsˇak takto vytvorˇeny´ vy´sledek nenı´ optima´lnı´. K pouzˇitı´ obalove´ho kva´dru tedy bylo nutne´ si jej vytvorˇit manua´lneˇ pomocı´ bodu˚ zı´skany´ch z modelu. Princip vytvorˇenı´ je opeˇt velice snadny´. Pomocı´ bodu˚, ze ktery´ch se model skla´da´ se najdou nejmensˇı´ sourˇadnice X, Y a Z. Na´sledneˇ se najdou i nejveˇtsˇı´ tyto sourˇadnice a vytvorˇı´ se z nich dva body. Z
teˇchto dvou bodu˚ na´sledneˇ dojde k vytvorˇenı´ pozˇadovane´ho kva´dru. Proble´mem mu˚zˇe by´t fakt, zˇe nalezenı´ minima a maxima ze vsˇech bodu˚ mu˚zˇe by´t trochu cˇasoveˇ na´rocˇne´.
Je proto vhodne´, toto pouzˇı´t pouze prˇi prvnı´m nacˇtenı´ modelu a na´sledneˇ jej pouze transformovat. Pro potrˇebu vytva´rˇenı´ obalove´ krychle byla do pra´ce implementova´na metodaCalculateBoundingBox, jejı´zˇ parametrem je model, ktery´ ma´ by´t obalen. Metoda projde vsˇechny cˇa´sti modelu, pro kazˇdou cˇa´st nalezne jejı´ minima a maxima a porovna´ s dosavadnı´mi nalezeny´mi minimy a maximy. Pote´ vybere z nich ty mensˇı´/veˇtsˇı´ hodnoty a tak to pokracˇuje da´le pro vsˇechny cˇa´sti modelu. Na za´veˇr z nalezeny´ch dvou bodu˚
vytvorˇı´ a vra´tı´ vytvorˇenou instanci trˇı´dy BoundingBox, obdoba trˇı´dy BoundingSphere u koule (viz vy´sˇe), ktera´ prˇedstavuje pra´veˇ pozˇadovany´ kva´dr. Stejneˇ jako u koule je potrˇeba prˇi kazˇde´ zmeˇneˇ (meˇrˇı´tka, rotace nebo posunu) modelu, je potrˇeba obalovy´ kva´dr opeˇt transformovat.
Po obalenı´ modelu bud’to kva´drem nebo koulı´, je zjisˇteˇnı´ samotne´ kolize uzˇ trivia´lnı´.
MonoGame totizˇ pro obeˇ trˇı´dy, jakBoundingSphere, tak iBoundingBoxprˇipravilo prˇetı´zˇene´
metody Intersects, slouzˇı´cı´ pra´veˇ pro zjisˇteˇnı´ zda je v kolizi z jiny´m kva´drem, cˇi koulı´
(uka´zka ko´du ve vy´pise cˇ.11).
if (sphere1.Intersects(sphere2)) return true;
return false;
Vy´pis 11: Detekova´nı´ kolize
V pra´ci byly rˇesˇeny nejen vza´jemne´ kolize modelu˚, ale i s hranicemi viditelne´ hracı´
plochy, aby nedosˇlo k posunu modelu mimo tyto hranice. Postup tohoto rˇesˇenı´ je velice podobny´ vy´sˇe uvedene´mu. Dany´ model se opeˇt obalı´ bud’to obalovy´m kva´drem, nebo koulı´, aby bylo mozˇne´ detekovat kolizi. To same´ se provede i s pohledovy´m jehlanem, pro jehozˇ obalenı´ je v MonoGame vytvorˇena jizˇ trˇı´da zvana´BoundingFrustum. Vytvorˇenı´
te´to instance a jejı´ na´sledne´ pouzˇitı´ v ko´du pro detekci kolizı´ je uka´za´no ve vy´pise nı´zˇe (cˇ. 12).
BoundingFrustum frustum =newBoundingFrustum(view∗projection);
if (frustum.Contains(bounding) == ContainmentType.Contains){/∗Do something∗/} else if (frustum.Contains(bounding) == ContainmentType.Disjoint){/∗Do something∗/} else if (frustum.Contains(bounding) == ContainmentType.Intersects){/∗Do something∗/}
Vy´pis 12: Tansformace BoundingSphere
Jak lze videˇt ve vy´pise, pro vytvorˇenı´ instance stacˇı´ pouze vyna´sobit pohledovou matici projekcˇnı´ a na´sledneˇ lze jizˇ pouzˇı´t jejı´ metoduContains. Tato metoda je prˇetı´zˇena´ a lze jı´ prˇedat instanceBoundingSphere,BoundingBoxaVector3, neboli bod. Jejı´m vy´sledkem
na´m je informace zda dana´ instance lezˇı´ uvnitrˇ pohledove´ho jehlanu, mimo neˇj nebo zda je s nı´m v kolizi.
5.4.2 Vybı´ra´nı´
Pomocı´ tzv. vybı´ra´nı´ (anglicky picking) lze zı´skat informaci, nad ktery´m objektem (mo-delem) se zrovna nacha´zı´ mysˇ. Jiny´mi slovy vybı´ra´nı´ umozˇnˇuje vybrat neˇjaky´ 3D objekt pomocı´ mysˇi, nebo doteku na obrazovku. Ve 2D aplikacı´ch je vybı´ra´nı´ objektu˚ jednodu-che´, pouze se zkontroluje zda pozice mysˇi je uvnitrˇ naprˇı´klad obde´lnı´ku, nebo kruhu.
U 3D objektu˚ je ale rˇesˇenı´ vybı´ra´nı´ trochu obtı´zˇneˇjsˇı´. Slouzˇı´ k tomu tzv. paprsek (ang-licky ray), ktery´ je v MonoGame reprezentova´n stejnojmennou trˇı´dou Ray. Paprsek se definuje specificky´m bodem, odkud vycha´zı´ a smeˇrem, ktery´m mı´rˇı´. Hlavnı´ mysˇlenkou vy´beˇru je vytvorˇit paprsek vycha´zejı´cı´ z blizˇsˇı´ roviny (na obra´zku cˇ. 13 zobrazena jako np - near plane) na vzda´lenou rovinu pohledove´ho jehlanu (na obra´zku fp). Tyto dva body jsou definova´ny pra´veˇ pozicı´ mysˇi, nebo doteku a pomocı´ nich lze posle´ze vytvorˇit smeˇr paprsku. Ve chvı´li kdy dojde k jeho vytvorˇenı´, je jizˇ mozˇne´ pomocı´ jeho metody Intersectsdetekovat kolize s instancemi trˇı´dBoundingBox,BoundingSphereaPlane. V na´sle-dujı´cı´m vy´pise je uka´za´no, jak vytvorˇit takovy´ paprsek na za´kladeˇ pozice mysˇi a na´sledneˇ detekovat kolizi.
Vector3 nearPoint =newVector3(mousePosition.x, mousePosition.y , 0);
Vector3 farPoint =newVector3(mousePosition.x, mousePosition.y , 1);
nearPoint = viewport.Unproject(nearPoint, camera.Projection, camera.View, Matrix.Identity) ; farPoint = viewport.Unproject(farPoint , camera.Projection, camera.View, Matrix.Identity) ;
Vector3 direction = farPoint −nearPoint;
direction .Normalize();
Ray paprsek =newRay(nearPoint, direction);
if(ray. Intersects (sphere) != null){ /∗Is in collision∗/ }
Vy´pis 13: Tansformace BoundingSphere
Ve vy´pise si lze vsˇimnout pouzˇitı´ metody Unproject, ktera´ slouzˇı´ k projekci bodu z 2D obrazovky na 3D pohledovy´ jehlan. Po pouzˇitı´ te´to metody se dane´ body stanou 3D a pote´ jizˇ lze vytvorˇit pozˇadovany´ smeˇrovy´ vektor, na jehozˇ za´kladeˇ dojde k vytvorˇenı´
samotne´ho paprsku. MetodaIntersectsvracı´ datovy´ typ float, ktery´ je null, pokud v kolizi nenı´. Pokud paprsek procha´zı´ dany´m modelem, vracı´ vzda´lenost od paprsku k pru˚niku.