处理模型——检测光标是否在模型上

问题

你想检测光标是否在模型上。

解决方案

在XNA中，获取光标在屏幕上的2D位置是简单的。屏幕上的这个点对应3D空间中的一条射线Ray，如图4-28所示。

 

图4-28 2D光标对应3D空间的一条射线

因此，当你想检测光标在哪个模型上，需要检测射线与模型的碰撞，所以，这个教材会用到教程4-18的代码。

很有可能射线与多个模型相交，这个教程还会教你如何获取离屏幕最近的一个模型。

工作原理

你需要创建一个3D射线并将它与模型一起传递到教程4-18创建的ModelRayCollision 方法中。

只要知道了射线上的两个点就可以创建一条射线。你将使用的两个点如图4-28所示。第一个点是射线与近裁屏平面的交点；第二个点是与远裁平面的交点。

如果知道了这两个点的3D位置，你将使用ViewProjection矩阵进行转换获取屏幕上的2D位置。但是，你转换一个Vector3结果仍是一个Vector3，在结果Vector3中，通过使用ViewProjection矩阵进行变换，X和Y分量就是2D屏幕位置，第三个坐标Z也包含有用的信息，即相机与初始点的距离，为0时表示点在近裁平面，为1时表示在远裁平面。在深度缓冲中存储的正是这个距离。所以，每个在2D屏幕上绘制的像素实际上都有3个坐标值。

你要获取的两个点共享相同的像素，相同的2D位置，即它们的X和Y坐标是相同的。因为第一个点位于近裁平面，所以它的Z坐标为0。第二点位于远裁平面，所以Z坐标为1。这两个点在屏幕空间的三个坐标，在光标的情况中如下所示：

• (mouseX, mouseY, 0)
• (mouseX, mouseY, 1)

下面是代码：

MouseState mouseState = Mouse.GetState();   Vector3 nearScreenPoint = new Vector3(mouseState.X, mouseState.Y, 0);  Vector3 farScreenPoint = new Vector3(mouseState.X, mouseState.Y, 1); 

如果从3D空间转换到屏幕空间，你要使用ViewProjection矩阵转换3D点。而这里你想讲这些点从屏幕空间转换到3D空间，所以使用的是ViewProjection矩阵的逆矩阵。你还需要将X和Y的光标坐标映射到[-1, 1]范围中，所以需要屏幕的像素大小的高和宽。

幸运的是，XNA提供了UnProject方法实现了这个映射和反向变换：

Vector3 near3DWorldPoint = device.Viewport.Unproject(nearScreenPoint, fpsCam.ProjectionMatrix, fpsCam.ViewMatrix, Matrix.Identity);  Vector3 far3DWorldPoint = device.Viewport.Unproject(farScreenPoint,fpsCam.ProjectionMatrix, fpsCam.ViewMatrix, Matrix.Identity); 

你获得的这两个点如图4-28所示！

注意：你想知道相对于3D初始位置(0,0,0)的位置，所以你将Matrix. Identity作为世界矩阵。ViewProjection矩阵可以通过将View和Projection矩阵相乘获得，这也是你将这两个矩阵作为第二第三个参数的原因。

知道了射线的两个点，就可以创建一个Ray对象：

Vector3 pointerRayDirection = far3DWorldPoint - near3DWorldPoint;   pointerRayDirection.Normalize();  Ray pointerRay = new Ray(near3DWorldPoint,pointerRayDirection); 

创建了Ray之后，你就做好了使用上一个教程中的ModelRayCollision方法检测Ray和模型间碰撞的准备：

selected = ModelRayCollision(myModel, modelWorld, pointerRay); 

添加一个Crosshair

前面的代码看起来很好，但如果你不能测试，代码再好也看不出来。所以让我们添加一个图像可以显示光标的位置，可见教程3-1学习绘制一个图像的简短介绍。首先将光标的2D位置存储在一个Vector2中：

pointerPosition = new Vector2(mouseState.X, mouseState.Y); 

在LoadContent方法中，添加一个SpriteBatch对象和一个Texture2D对象保存透明的crosshair图像：

spriteBatch = new SpriteBatch(device); crosshair = content.Load("cross");

然后在Draw方法中将这个图像绘制到屏幕：

spriteBatch.Begin(SpriteBlendMode.AlphaBlend,SpriteSortMode.Deferred, SaveStateMode.SaveState);   spriteBatch.Draw(cross, mouseCoords, null, Color.White, 0, new Vector2(7, 7), 1, SpriteEffects.None, 0);   spriteBatch.End(); 

这可以让你在屏幕上看到光标。图像的中心点(7,7)位于光标位置。

检测多个对象

如果在场景中有多个对象，那么可能有多个对象会与射线发生碰撞。在大多数情况中，你只关心离相机最近的那个对象，因为这个对象才占据屏幕的像素。

要做到这点，你可以稍微调整一下ModelRayCollision方法，让它返回碰撞的距离而不是简单的true或false。类似于Intersect方法，你使用一个可空类型float?变量，这样如果没有碰撞那么返回null：

private float? ModelRayCollision(Model model, Matrix modelWorld, Ray ray)   {      Matrix []modelTransforms = new Matrix[model.Bones.Count];       model.CopyAbsoluteBoneTransformsTo(modelTransforms);             float? collisionDistance = null;       foreach (ModelMesh mesh in model.Meshes)       {          Matrix absTransform = modelTransforms[mesh.ParentBone.Index]*modelWorld;           Triangle[] meshTriangles = (Triangle[])mesh.Tag;                     foreach (Triangle tri in meshTriangles)           {              Vector3 transP0 = Vector3.Transform(tri.P0, absTransform);               Vector3 transP1 = Vector3.Transform(tri.P1, absTransform);               Vector3 transP2 = Vector3.Transform(tri.P2, absTransform);                             Plane trianglePlane = new Plane(transP0, transP1, transP2);               float distanceOnRay = RayPlaneIntersection(ray, trianglePlane);               Vector3 intersectionPoint = ray.Position + distanceOnRay * ray.Direction;                             if (PointInsideTriangle(transP0, transP1, transP2, intersectionPoint))                   if ((collisionDistance == null) || (distanceOnRay < collisionDistance))                       collisionDistance = distanceOnRay;           }      }       return collisionDistance;   }

每次发生碰撞时，你检查collisionDistance是否仍是null。这会显示是第一次检测到碰撞，所以你将这个距离存储到collisionDistance 中。从这时起，你检查这个距离是否小于已知的距离，如果是，则重写这个距离。

从变量collisionDistance返回的结果将包含离相机最近的碰撞点，你可以使用这个结果检测哪个模型离相机最近。

代码

这个代码创建一个3D射线，这个射线描述所有属于通过光标显示的像素的点。这个射线传递到ModelRayCollision方法：

Vector3 nearScreenPoint = new Vector3(mouseState.X, mouseState.Y, 0);  Vector3 farScreenPoint = new Vector3(mouseState.X, mouseState.Y, 1);   Vector3 near3DWorldPoint = device.Viewport.Unproject(nearScreenPoint, fpsCam.ProjectionMatrix, fpsCam.ViewMatrix, Matrix.Identity);   Vector3 far3DWorldPoint = device.Viewport.Unproject(farScreenPoint, fpsCam.ProjectionMatrix, fpsCam.ViewMatrix, Matrix.Identity);     Vector3 pointerRayDirection = far3DWorldPoint - near3DWorldPoint;   pointerRayDirection.Normalize();   Ray pointerRay = new Ray(near3DWorldPoint, pointerRayDirection);   selected = ModelRayCollision(myModel, worldMatrix, pointerRay);