chip8. ゲームパッドで極座標カメラを動かす

はじめに

2023/08/14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。

前回

chip7. マウス入力で極座標カメラを動かす

ゲームパッドのID

複数接続するゲームパッドの場合、識別用のIDがあります。（ちなみにマウスとキーボードにはIDがなくて、USBで複数接続した場合、どのデバイスからどの入力があったか正確には識別できないようです）
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/gamepad/struct.Gamepad.html
IDはUSBの抜き差しやBluetooth再接続で変わるようなので、０番決め打ちといううわけにはいかないです。さすがにキーやマウスとくらべて複雑ですね。
このIDは、GamepadButtonとGamepadAxisの２つの構造体にセットできます（フィールドpub gamepad: Gamepad,）。
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/gamepad/struct.GamepadButton.html
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/gamepad/struct.GamepadAxis.html

ゲームパッドのボタン・スティック・トリガー

ボタンの判定には、キーやマウスのボタンと同じくRes<Input<GamepadButton>>が使えます。
Input<～>に生えている.pressed(～)などのメッソドの使い方も同じです。
スティックとトリガーの場合はRes<Axis<GamepadAxis>>とRes<Axis<GamepadButton>>を使います。Axis<～>には.get(～)というメソッドが生えていて、アナログ入力された値を取り出すことができます。
マウスのホイールみたいにイベントを扱う必要はなさそうです。
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/struct.Axis.html
スティックはＸ軸とＹ軸を別々に処理する必要があります。（例えば左スティックはGamepadAxisType::LeftStickXとGamepadAxisType::LeftStickYに分ける）
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/gamepad/enum.GamepadAxisType.html
トリガーはGamepadButtonTypeの一種です。（ちなみにトリガーにRes<Input<GamepadButton>>を使って.pressed(～)を利用することもできました）
https://docs.rs/bevy/0.11.0/bevy/input/gamepad/enum.GamepadButtonType.html

入力のアサイン

前回のキー入力にゲームパッド入力を追加して、極座標カメラのｒ・Θ・φを増減させる操作を下表のようにしました。
混乱してますね。実際のゲームで操作系をコンフィグできる理由がよくわかる。
なおゲームパッドは、PS4 Controllerを使っています。

動作	r・Θ・φ	キー	マウス	ゲームパッド PS4 Controller	補足
ズームアウト	r増▲	[ｚ]	ホイール↑	右トリガー２	上限あり(適当に)
ズームイン	r減▼	[ｘ]	ホイール↓	左トリガー２	下限は、近づき過ぎて宝箱にめり込まない程度
仰角アップ	Θ増▲	[↑]	左ボタン＋ マウス↓	左スティック↑	上限は、直上ちょっと手前
仰角ダウン	Θ減▼	[↓]	左ボタン＋ マウス↑	左スティック↓	下限は、地面すれすれあたり
右回転	φ増▲	[→]	左ボタン＋ マウス→	左スティック→	上限なし(2π以上になったら2πを引く)
左回転	φ減▼	[←]	左ボタン＋ マウス←	左スティック←	下限なし(0より小さくなったら2πを足す)

ゲームパッドで極座標カメラを動かす

ゲームパッドで動かしています

main.rs

//external crates
use bevy::
{   prelude::*,
    render::*, render::settings::*,
    core_pipeline::clear_color::*,
    input::mouse::*,
};

//standard library
use std::f32::consts::*;

//internal submodules
mod spawn_objs;
mod const_defs;
use const_defs::*;

//------------------------------------------------------------------------------

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()
        //DefaultPluginsに各種の面倒を見てもらう
        .add_plugins
        (   DefaultPlugins
                //Note：この行をコメントアウトするとデフォルトのbackend
                .set( backend_dx12 )
        )

        //各種オブジェクトを作成する
        .add_systems
        (   Startup, 
            (   spawn_objs::camera3d_and_light, //3Dカメラとライト
                spawn_objs::locked_chest,       //3Dオブジェクト(宝箱)
                spawn_objs::camera2d,           //2Dカメラ(情報表示用)
                spawn_objs::display_board,      //UIテキスト(情報表示用)
            )
        )

        //メインルーチンを登録する
        .add_systems
        (   Update,
            (   (   (   catch_input_from_keyboard, //極座標を更新(キー入力)
                        catch_input_from_mouse,    //極座標を更新(マウス)
                        catch_input_from_gamepad,  //極座標を更新(ゲームパッド)
                    ),
                    move_orbit_camera,             //極座標カメラを移動
                )
                .chain(), //実行順を固定

                bevy::window::close_on_esc, //[ESC]キーで終了
                show_parameter,             //情報を表示 
            )
        )

        //アプリを実行する
        .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    : ORBIT_CAMERA_INIT_R,
                theta: ORBIT_CAMERA_INIT_THETA,
                phi  : ORBIT_CAMERA_INIT_PHI,
            }
        }
    }
}

//UIテキストに付けるComponent
#[derive( Component )]
struct DisplayBoard;

//------------------------------------------------------------------------------

//ゲームパッドによって極座標カメラの位置を更新する
fn catch_input_from_gamepad
(   mut q_camera: Query<&mut OrbitCamera>,
    time: Res<Time>,
    axis_button: Res<Axis<GamepadButton>>,
    axis_stick : Res<Axis<GamepadAxis>>,
    gamepads: Res<Gamepads>,
)
{   let Ok ( mut camera ) = q_camera.get_single_mut() else { return };
    let orbit = &mut camera.orbit;

    let time_delta = time.delta().as_secs_f32(); //前回の実行からの経過時間

    //ゲームパッドは抜き挿しでIDが変わるので.iter()で回す
    for gamepad in gamepads.iter()
    {   //左トリガーでズームイン
        let button_type = GamepadButtonType::LeftTrigger2;
        let button = GamepadButton { gamepad, button_type };
        if let Some ( value ) = axis_button.get( button )
        {   orbit.r -= value * time_delta;
            orbit.r = orbit.r.max( ORBIT_CAMERA_MIN_R );
        }

        //右トリガーでズームアウト
        let button_type = GamepadButtonType::RightTrigger2; 
        let button = GamepadButton { gamepad, button_type };
        if let Some ( value ) = axis_button.get( button )
        {   orbit.r += value * time_delta;
            orbit.r = orbit.r.min( ORBIT_CAMERA_MAX_R );
        }

        //左スティックのＹ軸で上下首振り
        let axis_type = GamepadAxisType::LeftStickY;
        let stick_y = GamepadAxis { gamepad, axis_type };
        if let Some ( value ) = axis_stick.get( stick_y )
        {   orbit.theta += value * time_delta;
            orbit.theta = orbit.theta
                .min( ORBIT_CAMERA_MAX_THETA )
                .max( ORBIT_CAMERA_MIN_THETA );
        }

        //左スティックのＸ軸で左右回転
        let axis_type = GamepadAxisType::LeftStickX;
        let stick_x = GamepadAxis { gamepad, axis_type };
        if let Some ( value ) = axis_stick.get( stick_x )
        {   orbit.phi -= value * time_delta;
            orbit.phi -= if orbit.phi >= TAU { TAU } else { 0.0 };
            orbit.phi += if orbit.phi <  0.0 { TAU } else { 0.0 };
        }
    }
}

//マウス入力によって極座標カメラの位置を更新する
fn catch_input_from_mouse
(   mut q_camera: Query<&mut OrbitCamera>,
    mouse_nutton: Res<Input<MouseButton>>,
    mut e_mouse_motion: EventReader<MouseMotion>,
    mut e_mouse_wheel: EventReader<MouseWheel>,
)
{   let Ok ( mut camera ) = q_camera.get_single_mut() else { return };
    let orbit = &mut camera.orbit;

    //ホイール
    for mouse_wheel in e_mouse_wheel.iter()
    {   orbit.r += mouse_wheel.y * MOUSE_WHEEL_Y_COEF; //感度良すぎるので
        orbit.r = orbit.r
            .min( ORBIT_CAMERA_MAX_R )
            .max( ORBIT_CAMERA_MIN_R );
    }

    //右ボタンが押されていないなら
    if ! mouse_nutton.pressed( MouseButton::Left ) { return }

    //マウスの上下左右
    for mouse_motion in e_mouse_motion.iter()
    {   //上下首振り
        orbit.theta += mouse_motion.delta.y * MOUSE_MOTION_Y_COEF; //感度良すぎるので
        orbit.theta = orbit.theta
            .min( ORBIT_CAMERA_MAX_THETA )
            .max( ORBIT_CAMERA_MIN_THETA );

        //左右回転
        orbit.phi -= mouse_motion.delta.x * MOUSE_MOTION_X_COEF; //感度良すぎるので
        orbit.phi -= if orbit.phi >= TAU { TAU } else { 0.0 };
        orbit.phi += if orbit.phi <  0.0 { TAU } else { 0.0 };
    }
}

//キー入力によって極座標カメラの位置を更新する
fn catch_input_from_keyboard
(   mut q_camera: Query<&mut OrbitCamera>,
    time: Res<Time>,
    inkey: Res<Input<KeyCode>>,
)
{   let Ok ( mut camera ) = q_camera.get_single_mut() else { return };
    let orbit = &mut camera.orbit;

    let time_delta = time.delta().as_secs_f32(); //前回の実行からの経過時間

    for keycode in inkey.get_pressed()
    {   match keycode
        {   KeyCode::Z =>
                orbit.r = ( orbit.r + time_delta ).min( ORBIT_CAMERA_MAX_R ),
            KeyCode::X =>
                orbit.r = ( orbit.r - time_delta ).max( ORBIT_CAMERA_MIN_R ),
            KeyCode::Up =>
                orbit.theta = ( orbit.theta + time_delta ).min( ORBIT_CAMERA_MAX_THETA ),
            KeyCode::Down =>
                orbit.theta = ( orbit.theta - time_delta ).max( ORBIT_CAMERA_MIN_THETA ),
            KeyCode::Right =>
            {   orbit.phi -= time_delta;
                orbit.phi += if orbit.phi < 0.0 { TAU } else { 0.0 };
            }
            KeyCode::Left =>
            {   orbit.phi += time_delta;
                orbit.phi -= if orbit.phi >= TAU { TAU } else { 0.0 };
            }
            _ => (),
        }
    }
}

//------------------------------------------------------------------------------

//極座標カメラを動かす
fn move_orbit_camera
(   mut q_camera: Query<( &OrbitCamera, &mut Transform )>,
)
{   let Ok ( ( camera, mut transform ) ) = q_camera.get_single_mut() else { return };

    //カメラの位置と向きを更新する
    let translation = camera.orbit.into_vec3();
    *transform = Transform::from_translation( translation )
        .looking_at( Vec3::ZERO, Vec3::Y );
}

//------------------------------------------------------------------------------

//極座標の情報を表示する
fn show_parameter
(   mut q_text: Query<&mut Text, With<DisplayBoard>>,
    q_camera: Query<&OrbitCamera>,
    gamepads: Res<Gamepads>,
)
{   let Ok ( mut text ) = q_text.get_single_mut() else { return };
    let Ok ( camera ) = q_camera.get_single() else { return };
    let orbit = &camera.orbit;

    //極座標の情報
    let r     = orbit.r;
    let theta = orbit.theta.to_degrees(); //ラジアンから度へ変換
    let phi   = orbit.phi.to_degrees();   //ラジアンから度へ変換
    let info  = format!( " r:{r:3.02}\n theta:{theta:06.02}\n phi:{phi:06.02}" );

    //ゲームパッドの接続状態
    let mut pads = "\n Gamepads:".to_string();
    for gamepad in gamepads.iter()
    {   let Some ( name ) = gamepads.name( gamepad ) else { continue };
        pads = format!( "{pads}\n - ID:{} {}", gamepad.id, name );
    }

    //表示の更新
    text.sections[ 0 ].value = format!( "{info}{pads}" );
}

const_defs.rs

const_defs.rs

use super::*;

//2Dカメラの画像を3Dカメラの画像の上にのせる(レンダリングの順位)
pub const CAMERA2D_ORDER: isize = 1;
pub const CAMERA3D_ORDER: isize = 0;

//2Dカメラの画像の背景を透過させる
pub const CAMERA2D_BGCOLOR: ClearColorConfig = ClearColorConfig::None;

//光源
pub const LIGHT_BRIGHTNESS: f32 = 15000.0; //明るさ
pub const LIGHT_POSITION: Vec3 = Vec3::new( 30.0, 100.0, 40.0 ); //位置

//UIテキスト
pub const UI_TEXT_FONT_SIZE: f32 = 50.0;

//極座標カメラの設定値
pub const ORBIT_CAMERA_INIT_R    : f32 = 3.0;      //初期値
pub const ORBIT_CAMERA_INIT_THETA: f32 = PI * 0.7; //初期値(ラジアン)
pub const ORBIT_CAMERA_INIT_PHI  : f32 = 0.0;      //初期値(ラジアン)

pub const ORBIT_CAMERA_MAX_R    : f32 = 5.0;       //最大値
pub const ORBIT_CAMERA_MIN_R    : f32 = 1.0;       //最小値
pub const ORBIT_CAMERA_MAX_THETA: f32 = PI * 0.99; //最大値(ラジアン)
pub const ORBIT_CAMERA_MIN_THETA: f32 = PI * 0.51; //最小値(ラジアン)

//マウスからの入力値の感度調整用係数
pub const MOUSE_WHEEL_Y_COEF : f32 = 0.1;
pub const MOUSE_MOTION_Y_COEF: f32 = 0.01;
pub const MOUSE_MOTION_X_COEF: f32 = 0.01;

spawn_objs.rs

spawn_objs.rs

use super::*;

//3Dカメラと光源を作る
pub fn 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( Camera { order: CAMERA3D_ORDER, ..default() } )
        .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
    let light = DirectionalLight
    {   illuminance: LIGHT_BRIGHTNESS,
        shadows_enabled: true, //影の描画を有効化
        ..default()
    };
    cmds.spawn( DirectionalLightBundle::default() )
        .insert( light )
        .insert
        (   Transform::from_translation( LIGHT_POSITION ) //光源の位置
                .looking_at( Vec3::ZERO, Vec3::Z )        //光源の向き
        );
}

//------------------------------------------------------------------------------

//2Dカメラを作る
pub fn camera2d( mut cmds: Commands )
{   cmds.spawn( Camera2dBundle::default() )
        .insert( Camera { order: CAMERA2D_ORDER, ..default() } )
        .insert( Camera2d { clear_color: CAMERA2D_BGCOLOR } );
}

//UIテキストを作る
pub fn display_board( mut cmds: Commands )
{   let textstyle = TextStyle { font_size: UI_TEXT_FONT_SIZE, ..default() };
    let text = Text::from_section( "", textstyle ); //placeholderのみ
    cmds.spawn( ( TextBundle { text, ..default() }, DisplayBoard ) );
}

//------------------------------------------------------------------------------

//3Dオブジェクトを作る(宝箱)
pub fn locked_chest
(   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() ) );
                        }
                    );
            }
        );
}