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chip5. 極座標カメラで「宝箱」を回転表示
はじめに
2023/08/06時点の内容です。
- rustc 1.71.1
- bevy 0.11.0
bevyは開発初期段階のOSSで、まだまだ破壊的なアップデートが入ります。
でも、面白いですよ。
もうすぐ3回目の誕生日おめでとう。
前回
極座標とは？
ようは地球儀の半径と緯度と経度、この３つがあれば位置を表す座標として使えるじゃね？ということだと理解しています。
- ｒ：球体の半径
- Θ：球体の中心から見て、垂直方向の角度
- φ：球体の中心から見て、水平方向の角度
数学門外漢なので極座標と呼ぶのか球面座標と呼ぶのか良く分からないのですが。
極座標をどう実装するか
bevyでの「位置」はXYZの直交座標です。ですから極座標を使うために別途構造体を用意します。
極座標から直交座標への変換はimplでメソッドとして実装。三角関数の塊ですね。
//極座標の型
#[derive( Clone, Copy )]
struct Orbit
{ r : f32, //極座標のr（注目点からカメラまでの距離）
theta: f32, //極座標のΘ（注目点から見たカメラの垂直角度）
phi : f32, //極座標のφ（注目点から見たカメラの水平角度）
}
//極座標から直交座標へ変換するメソッド
impl Orbit
{ fn into_vec3( self ) -> Vec3
{ let x = self.r * self.theta.sin() * self.phi.sin();
let y = self.r * self.theta.cos() * -1.0;
let z = self.r * self.theta.sin() * self.phi.cos();
Vec3::new( x, y, z )
}
}
極座標カメラで「宝箱」を回転表示
前回のソースコードを改造して、ｒ・Θ・φをいじるとこんな感じに。
宝箱を注目点(球体の中心)にして、その周りでカメラを動かしています
chip5
use bevy::{ prelude::*, render::*, render::settings::* };
use std::f32::consts::*;
fn main()
{ //Note：手元の環境だとVulkanのままでは影が描画されなかったので、DX12へ切り替えた。
let backends = Some ( Backends::DX12 );
let wgpu_settings = WgpuSettings { backends, ..default() };
let backend_dx12 = RenderPlugin { wgpu_settings };
App::new()
.add_plugins
( DefaultPlugins //各種の面倒を見てもらう
.set( backend_dx12 ) //Note：この行をコメントアウトするとbackendがデフォルト選択される
)
.add_systems
( Startup,
( spawn_camera3d_and_light, //カメラを作る
spawn_3d_lockedchest, //3Dオブジェクトを作る
)
)
.add_systems
( Update,
( bevy::window::close_on_esc, //[ESC]キーで終了
move_orbit_camera, //極座標カメラを動かす
)
)
.run();
}
//------------------------------------------------------------------------------
//極座標の型
#[derive( Clone, Copy )]
struct Orbit
{ r : f32, //極座標のr（注目点からカメラまでの距離）
theta: f32, //極座標のΘ（注目点から見たカメラの垂直角度）
phi : f32, //極座標のφ（注目点から見たカメラの水平角度）
}
//極座標から直交座標へ変換するメソッド
impl Orbit
{ fn into_vec3( self ) -> Vec3
{ let x = self.r * self.theta.sin() * self.phi.sin();
let y = self.r * self.theta.cos() * -1.0;
let z = self.r * self.theta.sin() * self.phi.cos();
Vec3::new( x, y, z )
}
}
//------------------------------------------------------------------------------
//極座標カメラに付けるComponent
#[derive( Component )]
struct OrbitCamera { orbit: Orbit }
//極座標カメラの初期位置
impl Default for OrbitCamera
{ fn default() -> Self
{ Self { orbit: Orbit { r: 5.0, theta: PI * 0.8, phi: TAU * 0.0 } }
}
}
//カメラと光源を作る
fn spawn_camera3d_and_light( mut cmds: Commands )
{ //3Dカメラ
let orbit_camera = OrbitCamera::default();
let vec3 = orbit_camera.orbit.into_vec3();
cmds.spawn( ( Camera3dBundle::default(), orbit_camera ) )
.insert
( Transform::from_translation( vec3 ) //カメラの位置
.looking_at( Vec3::ZERO, Vec3::Y ) //カメラレンズの向き
);
//光源
cmds.spawn( DirectionalLightBundle::default() )
.insert
( DirectionalLight
{ illuminance: 15000.0, //明るさ
shadows_enabled: true, //影の描画を有効化
..default()
}
)
.insert
( Transform::from_xyz( 30.0, 100.0, 40.0 ) //光源の位置
.looking_at( Vec3::ZERO, Vec3::Z ) //光源の向き
);
}
//------------------------------------------------------------------------------
//3Dオブジェクトを作る
fn spawn_3d_lockedchest
( mut cmds: Commands,
mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
)
{ //地面
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( shape::Plane::from_size( 2.0 ).into() ) )
.insert( Transform::from_translation( Vec3::ZERO ) )
.insert( materials.add( Color::rgb( 0.5, 0.7, 0.3 ).into() ) );
//宝箱
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( materials.add( Color::NONE.into() ) ) //透明
.insert( Transform::from_translation( Vec3::new( 0.0, 0.5, 0.0 ) ) )
.with_children
( | cmds |
{ //本体
let shape_box = shape::Box::new( 0.7, 0.3, 0.4 );
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( shape_box.into() ) )
.insert( Transform::from_translation( Vec3::Y * -0.35 ) )
.insert( materials.add( Color::MAROON.into() ) );
//上蓋
let shape_cylinder = shape::Cylinder { height: 0.695, radius: 0.195, ..default() };
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( shape_cylinder.into() ) )
.insert
( Transform::from_translation( Vec3::Y * -0.2 )
.with_rotation( Quat::from_rotation_z( PI * 0.5 ) )
)
.insert( materials.add( Color::MAROON.into() ) );
//錠前
let shape_cube = shape::Cube::new( 0.1 );
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( shape_cube.into() ) )
.insert( Transform::from_translation( Vec3::Y * -0.2 + Vec3::Z * 0.17 ) )
.insert( materials.add( Color::GRAY.into() ) )
.with_children
( | cmds |
{ //鍵穴
let cylinder = shape::Cylinder { height: 0.11, radius: 0.01, ..default() };
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( cylinder.into() ) )
.insert
( Transform::from_translation( Vec3::Y * 0.02 )
.with_rotation( Quat::from_rotation_x( PI * 0.5 ) )
)
.insert( materials.add( Color::BLACK.into() ) );
let shape_box = shape::Box::new( 0.01, 0.04, 0.11 );
cmds.spawn( PbrBundle::default() )
.insert( meshes.add( shape_box.into() ) )
.insert( Transform::from_translation( Vec3::Y * 0.0 ) )
.insert( materials.add( Color::BLACK.into() ) );
}
);
}
);
}
//------------------------------------------------------------------------------
//極座標カメラを動かす
fn move_orbit_camera
( mut q_camera: Query<( &mut OrbitCamera, &mut Transform )>,
time: Res<Time>,
mut angle: Local<f32>,
)
{ let Ok ( ( mut camera, mut transform ) ) = q_camera.get_single_mut()
else { return };
let time_delta = time.delta().as_secs_f32(); //前回の実行からの経過時間
let angle_delta = TAU * time_delta * 0.4; //速すぎたので0.4倍に調整した
*angle += angle_delta;
*angle -= if *angle > TAU { TAU } else { 0.0 };
//水平方向は等速円運動
camera.orbit.phi += angle_delta;
camera.orbit.phi -= if camera.orbit.phi > TAU { TAU } else { 0.0 };
//極座標から直交座標を求める
let translation = Orbit
{ phi : camera.orbit.phi,
theta: camera.orbit.theta + PI * 0.1 * angle.sin(), //sin()で振動を加える
r : camera.orbit.r + 3.0 * angle.sin(), //sin()で振動を加える
}
.into_vec3();
//カメラの位置と向きを更新する
*transform = Transform::from_translation( translation )
.looking_at( Vec3::ZERO, Vec3::Y );
}
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