Windows Phone XNA 4.0 3D游戏开发

作者：马宁

程序代码编译环境Visual Stuido 2010, Windows Phone 7 SDK, XNA 4.0 Game Studio, 下载链接：

http://files.cnblogs.com/aawolf/XNA_aawolf_3D.rar

今天有点空余时间，在看Windows Phone 7的开发。看到Silverlight for phone和XNA 4.0的开发文章已经有了不少，而且质量很高。我就来说说XNA 4.0的3D开发这个领域吧，正好跟目前的工作有些关系，而且XNA 4.0的3D类库设计的非常好，比iPhone和Android的OpenGLES类库高出一个档次。以后学习3D开发，用XNA类库也是个不错的选择，而且Windows Phone模拟器对3D的支持也非常好。唯一的遗憾是，Windows Phone不支持C++的3D开发。

如果做过Zune上XNA 3.1开发的朋友可能会记得，在XNA 3.1中是不支持3D开发的，XNA 4.0中加入的3D支持类，主要包含在Microsoft.Xna.Framework.Graphics命名空间中。如果XNA 4.0中的3D概念与OpenGLES十分相似，我们可以找到很多相对应的函数、方法等，某种意义上，XNA 4.0的3D支持是对OpenGLES 2.0的封装。

一.一个简单的3D程序

我们就从一个简单的3D程序开始吧，这个程序的原来介绍在下面这个链接里。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb203926.aspx

不过移植到Windows Phone 7上时，还是遇到了一些小问题，有的是文档的问题，有的是接口变化。如何在Visual Studio 2010里创建XNA 4.0的工程就不多说了，大家可以参考我写的《Windows Phone开发工具初体验》，链接如下：

http://www.cnblogs.com/aawolf/archive/2010/08/28/1811438.html

XNA 4.0的程序是派生自Microsoft.Xna.Framework.Game的类，开发者需要重载Game的四个方法：Initialize（初始化）、LoadContent（加载内容）、UnloadContent（卸载内容）、Update（更新）和Draw（绘制）等方法。

首先，我们在Game1类中加入所需要的一些私有变量：

Matrix worldMatrix;

Matrix viewMatrix;

Matrix projectionMatrix;

VertexPositionNormalTexture[] cubeVertices;

VertexDeclaration vertexDeclaration;

VertexBuffer vertexBuffer;

BasicEffect basicEffect;

Martrix 的中文名叫“矩阵”，还有个翻译叫“黑客帝国”……扯远了，什么是矩阵？我们就不解释了，只要知道矩阵是一切3D线性变化的基础就可以了。我们不知道矩阵是什么，却身处其中。在Game1类中用了三个矩阵：worldMatrix用来描述世界坐标系；viewMatrix用来描述摄影机坐标系；projectionMatrix用来描述投影坐标系。这些都是3D图形学的概念，不解释了。

另外两个重要的变量是vertexBuffer和basicEffect。vertexBuffer包含了一系列的向量，这些向量构成了我们要显示的正方体的各个顶点；basicEffect用来描述一个基础的渲染效果，其中描述了坐标系、颜色和灯光等基本的要素，这些要素是3D图形显示的基础。

接下来创建一个叫InitMatrices的方法，对各个坐标系进行初始化，记得，这个InitMatrices的函数是我们自己创建的，代码如下：

private void InitMatrices()

{

// Initialize the world, view, and projection matrices.

float tilt = MathHelper.ToRadians(0); // 0 degree angle

// Use the world matrix to tilt the cube along x and y axes.

worldMatrix = Matrix.CreateRotationX(tilt) * Matrix.CreateRotationY(tilt);

viewMatrix = Matrix.CreateLookAt(new Vector3(5, 5, 5), Vector3.Zero, Vector3.Up);

projectionMatrix = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(

MathHelper.ToRadians(45), // 45 degree angle

(float)GraphicsDevice.Viewport.Width /

(float)GraphicsDevice.Viewport.Height,

1.0f, 100.0f);

}

算了，不解释了，大家知道这段代码在干什么就好了。接下来，创建一个叫做InitEffect的函数中，对basicEffect进行初始化，代码如下：

private void InitEffect()

{

// Initialize BasicEffect with transformation and light values

basicEffect = new BasicEffect(graphics.GraphicsDevice);

basicEffect.World = worldMatrix;

basicEffect.View = viewMatrix;

basicEffect.Projection = projectionMatrix;

// primitive color

basicEffect.AmbientLightColor = new Vector3(0.1f, 0.1f, 0.1f);

basicEffect.DiffuseColor = new Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f);

basicEffect.SpecularColor = new Vector3(0.25f, 0.25f, 0.25f);

basicEffect.SpecularPower = 5.0f;

basicEffect.Alpha = 1.0f;

basicEffect.LightingEnabled = true;

if (basicEffect.LightingEnabled)

{

basicEffect.DirectionalLight0.Enabled = true; // enable each light individually

if (basicEffect.DirectionalLight0.Enabled)

{

// x direction

basicEffect.DirectionalLight0.DiffuseColor = new Vector3(1, 0, 0); // range is 0 to 1

basicEffect.DirectionalLight0.Direction = Vector3.Normalize(new Vector3(-1, 0, 0));

// points from the light to the origin of the scene

basicEffect.DirectionalLight0.SpecularColor = Vector3.One;

}

basicEffect.DirectionalLight1.Enabled = true;

if (basicEffect.DirectionalLight1.Enabled)

{

// y direction

basicEffect.DirectionalLight1.DiffuseColor = new Vector3(0, 0.75f, 0);

basicEffect.DirectionalLight1.Direction = Vector3.Normalize(new Vector3(0, -1, 0));

basicEffect.DirectionalLight1.SpecularColor = Vector3.One;

}

basicEffect.DirectionalLight2.Enabled = true;

if (basicEffect.DirectionalLight2.Enabled)

{

// z direction

basicEffect.DirectionalLight2.DiffuseColor = new Vector3(0, 0, 0.5f);

basicEffect.DirectionalLight2.Direction = Vector3.Normalize(new Vector3(0, 0, -1));

basicEffect.DirectionalLight2.SpecularColor = Vector3.One;

}

然后要对vertexDeclaration、cubeVertices和vertexBuffer变量进行初始化，我们将这部分代码放在InitVertexBuffer函数中：

private void InitVertexBuffer()

{

// Create a vertex declaration for the type VertexPositionNormalTexture

vertexDeclaration = new VertexDeclaration(new VertexElement[]

{

new VertexElement(0, VertexElementFormat.Vector3, VertexElementUsage.Position, 0),

new VertexElement(12, VertexElementFormat.Vector3, VertexElementUsage.Normal, 0),

new VertexElement(24, VertexElementFormat.Vector2, VertexElementUsage.TextureCoordinate, 0)

}

);

// Create the per vertex data

cubeVertices = new VertexPositionNormalTexture[36];

Vector3 topLeftFront = new Vector3(-1.0f, 1.0f, 1.0f);

Vector3 bottomLeftFront = new Vector3(-1.0f, -1.0f, 1.0f);

Vector3 topRightFront = new Vector3(1.0f, 1.0f, 1.0f);

Vector3 bottomRightFront = new Vector3(1.0f, -1.0f, 1.0f);

Vector3 topLeftBack = new Vector3(-1.0f, 1.0f, -1.0f);

Vector3 topRightBack = new Vector3(1.0f, 1.0f, -1.0f);

Vector3 bottomLeftBack = new Vector3(-1.0f, -1.0f, -1.0f);

Vector3 bottomRightBack = new Vector3(1.0f, -1.0f, -1.0f);

Vector2 textureTopLeft = new Vector2(0.0f, 0.0f);

Vector2 textureTopRight = new Vector2(1.0f, 0.0f);

Vector2 textureBottomLeft = new Vector2(0.0f, 1.0f);

Vector2 textureBottomRight = new Vector2(1.0f, 1.0f);

Vector3 frontNormal = new Vector3(0.0f, 0.0f, 1.0f);

Vector3 backNormal = new Vector3(0.0f, 0.0f, -1.0f);

Vector3 topNormal = new Vector3(0.0f, 1.0f, 0.0f);

Vector3 bottomNormal = new Vector3(0.0f, -1.0f, 0.0f);

Vector3 leftNormal = new Vector3(-1.0f, 0.0f, 0.0f);

Vector3 rightNormal = new Vector3(1.0f, 0.0f, 0.0f);

// Front face.

cubeVertices[0] =