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Softimage付属ランタイムをXNAに組み込みスキンアニメする

　
注意 この資料は、筆者が自らの経験を記録したものであり、他人に勧めるものではありません。

この資料を参考として行った行為がいかなる結果になろうとも、筆者は責任を負いませんので予めご承知おきください。

　

◎目次
◎概要
◎使用ツール
◎ワールド座標変換行列
　 １．Ａ方式
　 ２．Ｂ方式
◎同一モデルの複数表示
　 手法Ａ：Loadメソッドのオーバーライド
　 手法Ｂ：モーション関連データの退避復元
　 ○手法Ｂのサンプルコード
　 ○手法Ｂのサンプルコード解説

　

　

◎概要

Softimageで作成したアニメーションモデルデータをXNAに渡す方法は複数ある（詳細はこちら）が、XNA公式連携手順によりデータを渡す場合は、最終的にアニメーションランタイムライブラリ（XSIXNARuntime）を使用することになる。しかし筆者が知る限りでは、このランタイムの使用方法（特にスキンアニメ関連）を懇切丁寧に記述した公式ドキュメントは（国内外問わず）存在しない。

英語ヘルプ及びXNAViewerを参考にすると、ランタイムの組み込みや基本事項を修得できるので、非スキンモデルのみ使用する場合はこれで十分と言えるかもしれない。しかしスキンアニメーションモデルを動かそうとする場合、英語ヘルプやXNAViewerには記述されていないノウハウが必要となるケースが多い。本稿ではそのノウハウを解説する。

　

　

◎使用ツール
ツール名 入手元
Softimage（旧名称XSI：Softimage Mod Tool 7.5：三次元CG製作用ソフトウェア） http://www.softimage.com/products/modtool/
XNAViewer（Softimageで作成したデータをXNAで表示するXNA用サンプルプロジェクト） Softimage添付（セットアップ方法はこちら）
XNA3.0（XNA GameStudio 3.0：ゲーム開発用フレームワーク） http://msdn.microsoft.com/ja-jp/xna/default.aspx

　

　

◎ワールド座標変換行列

Softimageで作成したモデルをXNAで表示する場合、そのモデルのマテリアル設定（＝エフェクト、.fxファイル）に合わせてXNAの描画コードを記述する必要がある。ここでは、モデルのマテリアルにSoftimage付属エフェクトファイル（Lambert.fxやPhong.fxなど）を使用した場合の注意事項を記述する。

２つの方式を記述するが、Ａ方式がシンプルなので通常はＡ方式が良い。（但しＢ方式が必要になるケースがあったので併記する）
Ａ方式
　 下記のように記述すると、ワールド座標変換行列を渡すことができる。

Model.Root.Transform = World;

XNAViewerの場合、ModelAssetクラスのCrosswalkModelが該当する。

Models[0].CrosswalkModel.Root.Transform = world;

　

例えば、XNAViewerのDraw()内で、DrawModel（）を呼び出す直前に以下のようなコードを記述する。

// ワールド座標変換行列
Matrix world = Matrix.CreateTranslation(0, -20, 0);
Models[CurrentModel].CrosswalkModel.Root.Transform = world;

// モデル描画
DrawModel(Models[CurrentModel].CrosswalkModel);

　

Ｂ方式
　 ０．Ｂ方式を採用するメリット

Ｂ方式はＡ方式に比べて適用作業が面倒であるが、ワールド座標変換行列をどうしてもエフェクトパラメータで渡したい場合に有効である。例えば、こちらの ボーン数増加改修を適用する場合、Ａ方式だと モデルオブジェクトに対するスケールが反映されなくなってしまうが、Ｂ方式であれば正常に反映される。

　

１．エフェクトパラメータ名

XNAのエフェクトパラメータ名は、world、view、projection（文字大小は不統一）が一般的だが、Softimage付属エフェクトファイルは、Model、View、Projectionというパラメータ名で統一してい る（Lambert.fx等から共通的に呼び出されているxsi_defaultvs.hlslを参照のこと）。よって、ワールド座標のエフェクトパラメータ名は、スキン／非スキン共に「Model」 である。（詳細はブログ参照）

　

２．ＦＸファイルの書き換え

xsi_defaultvs.hlslはスキンモデルと非スキンモデルに処理が分かれており、スキンモデル処理内のワールド座標変換処理は、Modelパラメータを無視してい る。このままではワールド座標が反映されない。以下のように修正すると、ワールド座標が反映される。（非スキンモデルは改修不要）

// transform in screen space
// OUT.position = mul( mul(weightedposition, View), Projection );
float4 position = mul(weightedposition, Model);
OUT.position = mul( mul(position , View), Projection );

（詳細はブログ参照）

　

３．XNAViewerの書き換え

XNAViewerをB方式で動かす場合の改修例を記載する。

// 改修
// private void DrawModel(Model m)
private void DrawModel(Model m, Matrix world)
{

    〜

    foreach (ModelMesh mesh in m.Meshes)
    {

        〜

        // 改修
        // SASData.Model = transforms[mesh.ParentBone.Index];
        SASData.Model = world;
        SASData.ComputeModel();

        〜

        foreach (Effect effect in mesh.Effects)
        {
            if (effect.GetType() == typeof(BasicEffect))
            {

                〜

            }
            else
            {

                〜

                // bind bones
                if (isSkinned)
                {
                    // 改修
                    if ((effect.Parameters["Bones"] != null) && isSkinned)
                    {
                        effect.Parameters["Bones"].SetValue(bones);
                        // 追加
                        effect.Parameters["Model"].SetValue(world);
                    }
                }

                〜

            }
        }
        mesh.Draw();
    }
}

protected override void Draw(GameTime gameTime)
{

    〜

    // ワールド座標変換行列を指定する
    Matrix world0 = Matrix.CreateScale(0.1f)
        * Matrix.CreateRotationY(MathHelper.ToRadians(45))
        * Matrix.CreateTranslation(new Vector3(-10, 0, 0));

    // モデル描画
    DrawModel(Models[CurrentModel].CrosswalkModel, world0);

    〜

}

　

　

◎同一モデルの複数表示

XNAViewerを改修してロボットモデルを増やすと、以下の問題が発生する。

・ロボットモデルには３種類のモーションがあるが、５体のロボットに別々のモーションを割り当てようとしても、皆同じモーションになってしまう。

・モーションの速度は、５体に割り当てたモーション速度の合計値に影響し、モーションが異常に速くなってしまう。

この問題は、ContentManager.Loadの「同じアセットを読み込む呼び出しを繰り返すと、同じオブジェクト インスタンスが返されます。（XNAヘルプより）」という仕様に起因して発生する。この問題を解消しない限り、同一モデルを複数表示するゲームの製作は困難である。（詳細はブログ参照）

この問題を解消するために、筆者は２つの手法を確立した。

　

手法Ａ：Loadメソッドのオーバーライド

ContentManagerのReadAssetを利用してLoad メソッドをオーバーライド し、アセットが既にロード済みであったとしても、常にそのアセットの新しいコピーを返すようにする（サンプルコードはこちら）。こうして新たに作成したContentManagerをModels.Addの引数に指定する。（詳細はブログ参照）

長所

・手軽に実装できる
・コンテンツのデータ構造が変わっても影響を受けない
・モデルデータ以外のコンテンツデータにも適用可能
・ACLなど他のライブラリにも適用可能（たぶん）
　（訂正：ACLでは複数表示の問題が発生しないため、適用不要）

短所

・メッシュデータやエフェクトデータも複製されるため、メモリを無駄に消費する（インスタンスを大量に作成する場合は不向き）

　

手法Ｂ：モーション関連データの退避復元

インスタンス毎にモーション関連データ（ボーントランスフォーム及びCurrentTime）の退避領域を作成し、必要に応じて退避復元する。（詳細はブログ参照）

長所

・メモリは浪費しない

短所

・描画速度は落ちる（トランスフォームデータのコピーを複数回実施しているため）

　

○手法Ｂのサンプルコード

１．新しいXNAViewerプロジェクトを用意する（セットアップ方法はこちら）

２．新しいXNAViewerプロジェクトが正常に起動し、モデルがアニメーションすることを確認する

３．Game1.csを開き、こちらのコードを張り付ける

　

○手法Ｂのサンプルコード解説

１．ModelAssetに、ボーントランスフォームとCurrentTimeの退避領域を設ける
public Matrix[] BoneTransforms;
public TimeSpan CurrentTime;

２．ModelAssetのLoadContent()の最後の方で、ボーントランスフォーム退避領域を初期化する
BoneTransforms = new Matrix[CrosswalkModel.Bones.Count];
CrosswalkModel.CopyBoneTransformsTo(BoneTransforms);

３．Update()の最初の方で、退避領域からデータを復元する
Models[i].CrosswalkModel.CopyBoneTransformsFrom(Models[i].BoneTransforms);
Models[i].Animations[Models[i].AnimationIndex].CurrentTime = Models[i].CurrentTime;

４．Update()の最後の方で、退避領域にデータを退避する
Models[i].CrosswalkModel.CopyBoneTransformsTo(Models[i].BoneTransforms);
Models[i].CurrentTime = Models[i].Animations[Models[i].AnimationIndex].CurrentTime;

５．DrawModel()の最初の方で、退避領域からデータを復元する
m.CopyBoneTransformsFrom(BoneTransforms);

６．DrawModel()の引数を追加して、５の引数BoneTransformsを参照可能とする

７．CurrentTimeの値を任意のタイミングでセットすると、モーションのタイミングを個別制御できる
Models[CurrentModel].CurrentTime = TimeSpan.Parse("00:00:00");

サンプルコード解析のヒント：「追加」をキーワード検索すると、追加コードがヒットする

　

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