xna 3D游戏开发(1)

在之前，我把所有的2D视频教程都用文字重新写了一遍，也完成了2D教程中完成的那个例子，应该说，如果是XNA变成从无到有的话，那收获已经颇为丰富了。并且，教程中所有的More Details（原视频教程的页面）我也都进行了翻译，一部分还加上了一些自己的说明。应该说，无论是机械的完成代码学会技能，还是了解一些XNA提供的实质性内容，都起到了很大的作用。

之后正好面临我的期末考试，一个学期也就这么几天读书的，总要成全我吧。所以加上复习和考试，暂停了那么几天博客的更新，也算是之前一星期之后的小小的休息吧。现在回家放暑假，休息了几天之后，我决定继续开始3D的教程了，利用之前在2D学到的东西，我们应该可以轻松的进入3D的学习了。

在3D的教程中，我们将完成一个2D教程中的demo中的3D版本。我们要完成一些类似的东西，也会接触一些新的东西。

1. 建立自己的3D环境 —- 毕竟是3D游戏了，所以不单单是像2D一样画一个背景就好了，我们需要建造自己的3D外太空环境。
2. 添加加农炮 —- 同样内容相似的，我们需要一个可以旋转的加农炮，只是这次的旋转是在3D环境中了。
3. 添加炮弹 —- 加农炮设计的炮弹，也将在3D环境中处理，当然其实也就是初速度稍许不同，接触到之后就会发觉到2D教程的作用了。
4. 添加敌方UFO —- 还是类似的，UFO从屏幕的远端向近端飞来，而不是右侧飞到左侧了哦。
5. 碰撞检测 —- 3D的碰撞检测。
6. 添加声效 —- 之前2D的游戏是没有声音的，这一次的3D中我们将加入声音，者是新的内容，会十分有趣的。

大致的内容就是这样。当然，如果你没有看2D的教程，直接开始3D的也是可以的，只是和2D对比的部分直接略去就可以了。另外，本教程使用XNA Game Studio 3.1开发，如果你是使用的是之前的版本，或者是未来的某个版本，那么其中也许会有一些不同之处。如果你刚刚开始，那么就赶快装上Game Studio开始吧。

相关链接：

• XNA教程-2D游戏-索引
• XNA Creators Club 教程原址
• XNA Game Studio 3.1 介绍及下载地址
• 环境配置及安装的简单介绍请看《XNA Game Studio 3.1 Available》

Demo效果图：

进行了之前的工作，搭建了环境之后，现在就要进入实际开发过程了。我想过程和2D也许存在着一些区别，但是还是相对比较依赖2D教程的，尤其像这一章和3D的确是别无二致，不过我这里还是按照步骤说一下。（参考：《XNA教程-2D游戏-Chapter2-创建游戏工程》）

使用GS3.1+VS2008是基于.NET Framework 3.5的，否则一些新特性将不会被用到，如果你的开发使用其他环境，那么也许会不一样。

具体涉及到一些可能和2D教程重复的东西，看过2D的直接跳过就好。

第一步、Visual Studio简单介绍

安装高于Visual Studio 2005 Express的版本，并且装好XNA Game Studio（2.0以上）。那么如果安装成功的话，在VS的新建对话框中应该可以看到这么几项（GS3.1+VS2008，不保证其他版本有一样的工程）

• Windows Game (3.1) —- XNA Game For Windows游戏的开发，很多游戏打着这个标志
• Windows Game Library (3.1) —- Windows游戏类库
• Xbox 360 Game (3.1) —- Xbox360游戏
• Xbox 360 Game Library (3.1) —- Xbox360游戏类库
• Zune Game (3.1) —- Zune游戏
• Zune Game Library (3.1) —- Zune游戏类库
• Content Pipeline Extension Library (3.1) —- Content管道扩展库
• Platformer Starter Kit (3.1) —- 一个游戏示例（提供windows x360 zune三种版本都有）

第二步、新建工程，获取资源

根据刚才介绍的新建，建立相应的工程。

比如我新建一个Windows Game (3.1)工程，并且取名为TChapter2，那么我们可以得到一些IDE为我们创建的文件，具体情况如下。

• Content —- 就是一切我们需要的游戏资源，在XNA中存在Content Pipeline这个概念，而这里的所有资源可以之后在Content管道中直接调用加载。
• Game1.cs —- 游戏逻辑代码。
• Game.ico —- 不用多说，一个Xbox360的手柄样式的ico图标。
• GameThumbnail.png —- 正如他的名字，是一个缩略图，当然要你自己画的啦。
• Program.cs —- 就是程序的入口Main方法了。

第三步、下载资源

接下去本章很重要的一部就是下载必须的游戏素材。这里提供官方链接，下载解压缩后就可以看到我们本教程的例子要用到的全部素材了。

 …/Audio/Waves/

 …/Models/

【点击下载官方素材】

到了这里其实还是和2D的教程是重叠的，这里我们要做的是添加asset们。所以这里你要问自己三个问题：

1. 你已经建立了工程（project）了吗？—- 点我补课
2. 你已经下载了上一部分要求下载的资源了吗？—- 点我下载
3. 你知道什么是asset吗？你看过之前2D教程的添加asset内容吗？—- 点我补课（重点浏览链接指向的文章的后半部分，讲解什么是asset）

三个问题过关的，再来看我的这里的屁话。放假回家，所以把编译一个XNA游戏都要3分钟的windows xp给格掉了（关注我的twitter的一定知道了），所以把windows 7的引导也格掉了。因为找不到之前安装windows 7的那张光盘，所以一下子没有修复引导，所以这一次的教程就先用XP完成了。装了3、4的系统，终于把一个一个的东西下载下来给装上了，现在可以继续了。

OK言归正传，看看这一次要做的是如何简单。和2D类似的右键添加等等工作，就能完成了。

第一步、添加models到工程的content中

Content中的asset可以在content pipeline中被我们调用。这是一个非常方便的设计，当然这也使得我们这一步的工作显得非常重要，你可以从磁盘去读取一些你需要的资源，但是让他在content管道中，会大大方便你的管理。

2D教程中，我们加入一些.tga资源到Content/Sprites中，我们右键新建文件夹，然后添加存在的资源等等这样完成了这部工作，那么这一次和视频一样，我们偷懒一下。直接把解压缩出来的models文件夹拖到VS2008的树状Solution Explorer的Content目录上，来完成这一步工作。

添加进来之后，我们看到了一些.fbx文件和.tga文件，fbx就是我们的模型，而tga是这些模型对应的贴图，不会被我们实际的工作主动调用到，他们只要在他们应该在的磁盘位置上就可以了，在我们调用模型的时候，相关联的贴图会自动被寻找，所以把他们排除我们的工程吧。右键选择所有的.tga文件，选择”Exclude From Project”将其排除工程。

第二步、添加audio到工程的content中

这还分成两步看起来有点傻，一样的，把解压缩出来的audio文件夹也一并拖到Solution Explorer的Content目录上。展开Audio文件夹，右键点击Waves目录，选择”Exlude From Project”，把这些.wav文件全部排除在工程之内。因为对于声音的asset处理会有很大的不同，所以这里我们暂时先这样处理就好。

准备就绪之后，就可以开始代码阶段的工作了。

【官方工程下载】

安装好环境、建立了XNA工程、添加了要用到的模型以及贴图，那么接下来要做的就是实际的代码了，而一上来就和2D大为不同的是，我们要直接创建我们的”宇宙环境”。要知道，在2D游戏中，我们游戏的”世界”是整个一张图，就是背景，简单的2D游戏就是这样。而3D则不然，即便是这个环境，那么也是需要我们用模型自己创建的，而这将会是一个非常复杂的工作，究竟如何复杂，看到下面的所有内容你就明白了。

从2D到3D，应该说当前我们在做的是一个非常困难的转换时期，我们要完成第一个3D的绘制，那么就必须了解很多很多只有在3D游戏中才会出现的概念。但是，简单的说，在代码上我们要完成的工作还是类似的，比如2D中，我们先声明了sprite；然后loadContent，或者load确定它的位置等信息；最后我们draw把它绘制出来。那么一样的，3D也是声明、初始化、绘制三个工作。只是2D中无论是初始化还是绘制都是相对简单的，3D就要复杂的多的多，跟着步骤走吧。

第一步、创建模型，确定视角

似乎看了标题就有些茫然，有很多的概念要讲，不过和2D教程一样，先直接说代码怎么写，回头再讲大道理。（本文后面将会有官方解释的翻译内容）

1、声明场景模型

代码找到Game1类中最前面，SpriteBatch spriteBatch;这一行的下方，在这里我们先插入这样两行代码。

Model terrainModel; Vector3 terrainPosition = Vector3.Zero; 

这里用到了XNA Framework提供的Model类，以及Vector类。

显然，terrainModel这样的命名让人比较容易理解，就是场景模型，这是我们的场景或者说是地面模型，都一样，就是我们的大环境。

而terrainPostision就更加容易理解了，是terrain的位置，究竟整个地表是怎样的一个位置。这里我们用Vector3这个类来描述。Vector3是一个3维的向量，就像Vector2是X,Y两个轴的向量一样，Vector3实质上就是把Vector2扩展到X,Y,Z，3个轴的向量。初始化为Vector3.Zero，即在整个3维坐标系的原点上。

和2D游戏不同，我们2D游戏所有涉及到的坐标都是在屏幕范围内的。我们知道屏幕向右是X轴正方向，向下是Y轴正方向，所以所有的坐标都是在这样一个坐标系上想象的。而3D游戏则不同，我们必须把这些位置都想象在自己的脑海中，因为屏幕看见的什么只是你3D世界的一角，你必须在整个思维中存在你的自己的一个三维世界，它所在的一个三维坐标系和它的所有坐标。然后我们再讨论从什么视角（什么坐标）去看这个世界。

2、声明镜头

说明一下，这里的镜头英文应当是camera，翻译成相机这样子比较好。不过也许很多像我一样的游戏玩家会知道，一般我们评价一个游戏，会说镜头能控制不能控制等等，所以我想这个词会更加容易被接受。我的文章里的镜头，指的就是camera。可以想象你的眼睛就是你看这个现实世界的camera。

在刚才两行代码下面，继续写以下内容。

Vector3 cameraPosition = new Vector3(0.0f, 60.0f, 160.0f); Vector3 cameraLookAt= new Vector3(0.0f, 50.0f, 0.0f); Matrix cameraProjectionMatrix; Matrix cameraViewMatrix; 

详细说一下我们做了什么。

• cameraPosition：这是镜头所在的位置，比如我们的眼睛在脸上这样的描述。这里是(0, 60, 160)这样一个位置。
• cameraLookAt：镜头的焦点。可以想象一下terrain被放在Y轴也就是高度轴的0上，镜头被放在Z轴也就是深度轴的160的位置，高度是60的位置，而它看着Y轴上50的那点，连成的直线就是你的视线了。
• cameraProjectionMatrix：镜头投影矩阵。
• cameraViewMatrix：镜头视角矩阵。关于两个矩阵，先不详细讲了。图形学中涉及到了任意点的变换可以使用矩阵，矩阵变换是一个图形学非常重要的概念。稍微讲一下。

矩阵变换一般情况下有平移、缩放、旋转。各种复杂的变化都可以由很多这样的操作完成。其他还有诸如投影、切割等等。所有的变化都可以最终表示成为一个矩阵，这就是变换矩阵。不详细讲，举3个例子。

例一：平移 W(wx,wy,wz)

例二：缩放 T(tx,ty,tz)

例三：绕X轴旋转alpha度

当然在XNA framework里封装的Matrix类不是一个简单的矩阵的实现了，还加上了很多智能的功能，当然也包括变换，至于如何使用这样一个Matrix，以及我们声明的Matrix是做什么样的变换的，看下去。

3、初始化变换矩阵

我们要初始化声明的资源，那么就要找到LoadContent()方法，在其中TODO的位置加上这样两句。

cameraViewMatrix = Matrix.CreateLookAt( cameraPosition, cameraLookAt, Vector3.Up); cameraProjectionMatrix = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView( MathHelper.ToRadians(45.0f), graphics.GraphicsDevice.Viewport.AspectRatio, 1.0f, 10000.0f); 

这里做的工作是实例化两个Matrix，但是这里用到了Matrix类中的CreateLookAt和CreatePerspectiveFieldOfView方法。说下参数的意思。

• CreateLookAt：
  • cameraPosition：Vector3，镜头所在位置
  • cameraLookAt：Vector3，镜头焦点坐标
  • Vector3.Up：Vector3，按照MSDN所说传入”上”就好，当然你可以试一下其他方向……
• CreatePerspectiveFieldView：
  • MathHelper.ToRadians(45.0f)：float，视角大小
  • graphics.GraphicsDevice.Viewport.AspectRatio：float，窗口的比率，”宽”比上”长”的比率
  • 1.0f：float，镜头最小深度（近处）
  • 10000.0f：float，镜头最大深度（远处）（恐怕真三国无双和GTA这样的游戏里面这个参数的体会会比较深刻）

初始化完毕，就可以接下去继续了。

第二步、编写模型绘制方法

因为游戏中将会出现很多很多的模型，虽然每一个模型都有其特殊的地方，但是每一个模型都将拥有一个默认的绘制方式。而，即便采用默认的方式，绘制模型也将会涉及到很多操作，所以将本来可以在draw方法中完成的内容单独的写一个方法来完成。方法传入的参数为模型和其所在的位置，这样我们的方法就可以把它用一样的操作绘制出来。

这里涉及到一个ModelMesh的类，每一个Model都一个很多的ModelMesh的集合，因此我们需要单独绘制每一个mesh。至于ModelMesh和Model的概念，在后面会加上说明。（本文后面将会有官方解释的翻译内容）

具体方法是，在Game1类中重新写一个方法，当然是任意位置的，代码具体如下。

void DrawModel(Model model, Vector3 modelPosition) { foreach (ModelMesh mesh in model.Meshes) { foreach (BasicEffect effect in mesh.Effects) { effect.EnableDefaultLighting(); effect.PreferPerPixelLighting = true; effect.World = Matrix.CreateTranslation(modelPosition); effect.Projection = cameraProjectionMatrix; effect.View = cameraViewMatrix; } mesh.Draw(); } } 

如参正如之前所说，一个是Model类，一个是Vector3类，分别表示要绘制的模型和其所在的位置。

• 第一个foreach循环是遍历Model中所有的ModelMesh，单独处理每一个。
• 第二个foreach循环是遍历ModelMesh中的Effects，单独处理每一个效果的处理。具体看看做了一些什么
  • EnableDefaultLighting()：设定光源为默认光源。
  • effect.PreferPerPixelLighting = true;：在支持Pixel Shader Model 2.0的情况下，开启每个像素按光源渲染的效果。
  • effect.World = Matrix.CreateTranslation(modelPosition);：创建传入模型的矩阵变换
  • effect.Projection = cameraProjectionMatrix;：设定投影变换矩阵。
  • effect.View = cameraViewMatrix;：设定视角变换矩阵。

这样，我们就完成了绘制方法的编写。但是不要忘了，我们还没有加载需要绘制的模型，也没有在draw方法中调用这个方法，所以看接下去的两步，完成这两个工作。

第三步、加载模型

载入模型才能画，载入模型的方法和2D的一模一样，只是一个操作的是Sprite，一个操作的是Model，但是我们知道LoadContent方法是支持范型的，那么显然我们的工作就变得非常的简单了。

找到LoadContent方法，在之前添加的代码下面加上如下代码。

terrainModel = Content.Load 
           
             (@"Modelsterrain"); 
           

这样，这一步就简简单单的完成了。

第四步、绘制模型

之前第二步完成的工作就大大简化了这一步我们的代码了。而这一步我们就只要调用之前我们写的drawModel方法，并且传入我们的模型和位置就可以了。

在Draw方法的TODO处，加入以下代码：

DrawModel(terrainModel, terrainPosition); 

还等什么呢？现在就是编译运行的时候了！效果图。

下面加了4张修改了参数之后的图，方便理解一些参数。[点击放大]

• cameraViewMatrix实例化，CreateLookAt时，修改第三个参数为Vector3.Down
• cameraPosition声明并实例化时，修改为Vector3(0.0f, 100.0f, 160.0f)
• cameraProjectionMatrix实例化，CreatePerspectiveFieldOfView时，修改第一个参数为90.0f
• cameraProjectionMatrix实例化，CreatePerspectiveFieldOfView时，修改第四个参数为5000.0f

【官方源代码下载】

那么下面就贴翻译的内容，也算是比较重要的东西了，2D和3D游戏的概念上的区别。

（以下翻译为本人原传，未经允许严禁转载。另外，因本人能力有限难免出错，请高手指正。原址点击这里。）

1、3D世界：2D游戏和3D游戏之间的区别

如果你学习过第一个教程（创建2D游戏），那么你已经变得习惯用2D空间来思维了。位置、方向和动作可以全都用Vector2和一个单独的旋转角度来表示。

这个教程介绍了在三维的概念，和其一系列的新的对象。从根本上，3D世界区别于2D世界的就是新增的第三个坐标轴—-Z轴，或者说是深度。在XNA Game Studio中，2D世界实质上是一个特殊的，受限制的3D世界的版本—-你将会在本教程读到的计算也同样在2D中可以读到。

在XNA Game Studio这哦你，3D的变化意味着，取代在平面世界中画静态的Texture2D对象的是绘制用Model类表示的3D模型。Model类是被叫做网络（mesh）的许多有联系的3D点的集合，在整个世界中，最终渲染在屏幕上的对象，取决于对象的位置和方向，和镜头的位置和方向。

这过程也许初看十分复杂，但其实在3D世界编程，只依靠一些非常基本的元素。想象一个点在3D空间中，一个点有一个X坐标,一个Y坐标,和一个Z坐标。非常类似2D空间中的一个点，3D空间中的一个点也可以使用一个向量来移动，但是在3D空间中，我们使用包含Z坐标的Vector3类。

然而，使用一个叫做矩阵的数学结构体，可以使3D点做更多的事情。这些结构体，在XNA Framework中表示为Matrix类，它描述了一系列可以应用于点的变换、点的集合、或一个响亮。使用矩阵，3D对象可以移动、旋转、切割、以及（通过使用被叫做视点矩阵和投影矩阵的特殊的矩阵）绘制成一个可以显示在屏幕上的2D图像。

想象有一系列我们想画在屏幕上的3D世界中的点。它们拥有相对于被叫做原点的中心点的位置和方向信息。如果没有任何的变换，这些点只是存在于他们自己的空间，被叫做”对象空间”。

当你加载一系列的点，并且把它们添加到你的3D世界中，你可能会想给他们一个在3D世界中的位置，用来旋转或切割他们。这些行动的产物被叫做世界变换矩阵。应用了这样的矩阵的点，就被想象成在”世界空间”中（而不是对象空间中）了。

来渲染在用户屏幕上的点，需要一些附加的信息。没有要绘制的2D场景的角度和位置，是不可能把整个3D常见转换到2D图像的。使用一个视点是必要的，也被称作镜头，只需绘制它所看到的3D场景。在准备这次绘制时，镜头信息会被计算到一个视角矩阵中，把3D点的方向和位置都和镜头联系起来。之后，这些3D点就被想象成在”视觉空间”中了。

用2D绘制一个3D场景最后还需要一些其他信息。像视点的视角和领域的信息，控制着3D点如何绘制在2D计算机屏幕上。这些信息存储在一个投影矩阵中，应用之后，把3D坐标的系统中的点转换到2D坐标系统中，2D坐标系统被成为”屏幕空间”，这样点被绘制成像素。

如果要套用这个概念到3D点的集合所组成的网络（mesh）上（可以是3D表示的任何东西，一个飞船、一个人、或一只恐龙），你只需用到一些在XNA Framework中的基本的对象来制作你的游戏—-Mesh类，Matrix类和Vector类。

2、创建一个模型绘制方法

绘制一个3D模型到屏幕上是一个复杂的工作。它包括了庞大数据量的多边形的绘制，而它们经常被构造成许多不同的方式。有些可能是基于艺术效果的，而有些也许是倾向于程序化的。绘制同时也是必要的工作。每个游戏中可见的3D对象都是需要经过一个绘制过程的。

毫无悬念的，不是只有一种组织一个模型绘制方法的方式。参数、界限以及绘制算法对每个游戏来说都是不同的，取决于游戏的需求和涉及的技术。在这样的情况下，XNA Framewrok没有尝试去提供一个单独的模型绘制方法。取而代之的是提供一些元素，而把组织它们的工作留给了程序员来做。

一个Model类是XNA Framework中表示3D模型的一个基本对象，但是它比最初的模型要复杂许多。一个模型由一个或多个ModelMesh对象以一个集合的形式组成。每个ModelMesh对象是一系列组成网络（mesh）的顶点的集合，它们可以在同一个模型中被单独的移动。

一个坦克的模型是一个很好的例子。坦克的身体也许是一个ModelMesh，坦克的炮台也许是另外一个。虽然你绘制的是整个坦克，但是你可能需要分开移动坦克的不同部分。你可以使用ModelMesh对象的集合来移动不同的部分。

ModelMesh包含了一个绘制方法。每绘制一个ModelMesh到屏幕上需要调用这个方法一次。然而如果你没有实现设定变换和MedelMesh上的光的属性，那么你什么也看不到。

变换（决定了ModelMesh在世界中的定向，并且最终，物体是否出现或是出现在屏幕的哪里）和光（）没有被应用到ModelMesh层面。相对的，每个ModelMesh有一些Effect和它联系在一起。一个Effect对象可以想成提供给可视设备的说明，关于如何绘制一个ModelMesh。

在很多游戏中，Effect对象是由很多复杂的顶点和像素遮罩（shader）组成的。在XNA Game Studio中也可以实现，并且对于高级图形效果来说十分重要。但是在简单的渲染中，XNA Framework Content Pipline（内容管道）提供了一个简单的机制来完成基本的光和绘制效果 —- BasicEffect类。

每个通过content pipline加载的ModelMesh接受了一个或多个BasicEffect对象，它们可以在不处理像素或顶点遮罩（shader）的情况下简单的处理变换和光源效果。所有这些BasicEffect类需要一系列表示世界（World）矩阵，视点（View）矩阵和投影（Projection）矩阵的Matrix类，和一些光照的参数。可以调用BasicEffect.EnableDefaultLighting()方法获得默认的参数。

在BasicEffect的参数被设置后，剩下的就只有调用ModelMesh.Draw方法，使用之前为BasicEffect设置的参数，来绘制ModelMesh到屏幕上了。