與Ogre共舞：第四步，乳酪方塊的協奏曲

在前三步中，從安裝Ogre開始，到建立視窗並在Ogre中放了一個彩色三角片，我們已經接觸了幾個Ogre中重要的元件：Ogre根本的Root，系統繪圖API介面的RenderSystem，掌控物件配置的SceneManager，隸屬於ResourceManager、產生材質的MaterialManager，以及建立自訂幾何構成物件的ManualObject。在這步中，我們要用SceneManager在場景中擺設12個乳酪方塊，認識SceneManager如何控制元件的位置與姿態。當然，還是只用程式碼來完成一切唷。

首先，我們需要12個乳酪方塊，前面學會用ManualObject來產生一個三角片，當然也可以產生一個方塊囉！嗯～沒錯，產生立方體的程式不難，不過今天的重點不是ManualObject，所以暫時把它忘了吧！今天要登場的主角是Entity，

中文意思是「實體」，表示在場景中的物件其幾何構成的實體…真難解釋，還是先叫Entity吧。在Ogre中，多邊形物件(mesh)都由ResourceManager管理與載入。載入以後，Ogre還不能描繪它，必須由SceneManager產生該Mesh物件的Entity，才能上場。

// create a prefab cube
Entity *ent = m_scene_mgr->createEntity( "cube0", SceneManager::PT_CUBE );
ent->setMaterialName( "CheeseCube" );
m_scene_mgr->getRootSceneNode()->attachObject( ent );

上段程式碼的第1行，Entity是由SceneManager產生的，如同ManualObject一樣。”cube0”是產生Entity時給定的名字，在整個場景中必須是獨一無二的，不然Ogre會不爽給你看。在大多數的場合，createEntity()的第二個參數是Mesh物件的名稱，用來產生Mesh物件的Entity。不過SceneManager提供另外一種產生Entity的方式：使用預先製好的幾何模型，平面(PT_PLANE)、立方體(PT_CUBE)與球體(PT_SPHERE)。所以第1行就是產生一個名叫”cube0”的立方體（的Entity，你知道的）。第2行，我們透過ent這個指標來設定剛剛被產生Entity的材質。這個材質的名稱叫做”CheeseCube”，後面會說明它的產生方式。最後，和先前一樣，把Entity加入RootSceneNode，乳酪方塊就可以被Ogre畫出來囉。

Entity屬於MovableObject，看字面就知道他是個可以亂動的東西。SceneManager提供了七種可以亂動的物件：Camera, Light, Entity, ManualObject, BillboardChain (RibbonTrail), ParticleSystem。那麼，物件想放在場景中，要怎樣「擺」呢？SceneManager利用了一個樹狀節點的結構，來描述物件彼此間的關係，以及紀錄在場景中的位置與姿態。每一個節點，可以裝上(attach)一或多個「可以亂動的物件」，而物件的位置與姿態，就由該節點表示。換句話說，物件本身並不知道自己在哪裡，只有查詢節點才知道它的位置。舉例來說，你(SceneManager)把一個杯子(Mesh)放在房間(RootSceneNode)的桌上(SceneNode)，如果我想知道杯子在哪裡，問杯子一定沒有答案。杯子會知道自己在哪裡嗎？不會吧！只有你會記得它在哪裡。進一步來說，我問杯子在哪裡，你的回答會是：在房間(RootSceneNode)裡的桌子(SceneNode)上。如果桌子被搬動，那麼杯子在房間裡的位置就會跟著改變。這就是SceneNode簡單的概念。

我們先來看個改變位置的小例子。SceneNode提供兩種方法設定在場景中的位置：translate()跟setPosition()。translate()是設定相對的x,y,z位移量，預設是根據其父節點的座標系來平移。而setPosition()則是直接設定節點位置，只能根據其父節點的座標系。這個例子中，兩行敘述會讓RootSceneNode移動到(200, 200, 0)的位置：

SceneNode *root_node = m_scene_mgr->getRootSceneNode();
root_node->translate( Vector3( 200, 0, 0 ) );
root_node->translate( Vector3( 0, 200, 0 ) );

這等同於下面這行敘述，直接把RootSceneNode的位置設成(200, 200, 0)：

root_node->setPosition( Vector3( 200, 200, 0 ) );

如果上述三行敘述一起按照順序執行，最後RootSceneNode的位置會在哪？答案是(200, 200, 0)，答對了嗎？又，如果先執行setPosition()的敘述，再執行上述的兩個translate()敘述，RootSceneNode的位置會在哪？答案是(400, 400, 0)，不意外吧！

接著，我們考慮旋轉的情形。在3D場景中，旋轉的操作往往會帶來許多意外的混亂。讓我們先弄清楚幾個重點：

1. 不論怎麼旋轉某節點，它的local space永遠不會改變。

2. 對某節點一起做旋轉與平移的操作，具有不可交換性。也就是旋轉與平移操作的順序會影響結果。

有點抽象，不過還好，看看小例子吧！（暗紅線標示世界座標系的x水平軸與y鉛直軸，水藍色箭頭表示平移操作，橘色箭頭表示旋轉操作）

root_node->translate( Vector3( 200, 0, 0 ), SceneNode::TS_LOCAL );
root_node->rotate( Vector3::UNIT_Z, Degree( 30 ), SceneNode::TS_LOCAL );
root_node->translate( Vector3( 200, 0, 0 ), SceneNode::TS_LOCAL );

root_node->rotate( Vector3::UNIT_Z, Degree( 30 ), SceneNode::TS_LOCAL );
root_node->translate( Vector3( 200, 0, 0 ), SceneNode::TS_LOCAL );
root_node->translate( Vector3( 200, 0, 0 ), SceneNode::TS_LOCAL );

上面兩組程式中，旋轉是以+z為轉軸，轉動30度。要注意的是，所有的操作都參考local space。如果換成SceneNode::TS_PARENT，表示平移或旋轉的操作是參考父節點座標系(parent space)。這就當成作業吧！在嘗試之前，不妨先推測看看會得到什麼樣的結果。

講了一大堆，其他的乳酪方塊呢？沒問題！我們打算把乳酪方塊繞著原點排成一圈，用一個for迴圈來完成。在節點的架構上，先由一個節點產生12個子節點，依序設定好位置後，再一一把Entity掛上去。另一個問題則是，每個Entity都需要一個不會重複的名字，所以就用索引值分別產生”cube0″, “cube1″, “cube2″,…這樣的名字。

        // create a child scene node for handling 12 scene nodes
        SceneNode *center_node = m_scene_mgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode();
        for ( int idx = 0; idx < 12; ++idx )
        {
            // generate the unique entity name
            ostringstream entity_name;
            entity_name << "cube" << idx;

            // create an entity for the cheese cube
            Entity *ent = m_scene_mgr->createEntity( entity_name.str(), SceneManager::PT_CUBE );
            ent->setMaterialName( "CheeseCube" );

            // set the appropriate position and pose for each node of the cheese cube
            SceneNode *scene_node = center_node->createChildSceneNode();
            scene_node->rotate( Vector3::UNIT_Z, Degree( 30 * idx ), SceneNode::TS_LOCAL );
            scene_node->translate( Vector3( 300, 0, 0 ), SceneNode::TS_LOCAL );

            // finally, attach the entity to the node
            scene_node->attachObject( ent );
        }

在第2行先產生一個新的子節點，因為如果要移動這12個乳酪方塊，只要移動該節點就好囉！什麼？前面不是都用RootSceneNode嗎？也是可以啦，不過等物件一多，你就會知道手忙腳亂在哪裡了。排出這12個乳酪方塊的重點是第15,16行，請參考上面的小例子就可以明白其結果。而從前面使用到現在的”CheeseCube”材質，它的身份是：

MaterialPtr mtl;
mtl = MaterialManager::getSingleton().create( "CheeseCube", ResourceGroupManager::DEFAULT_RESOURCE_GROUP_NAME );
mtl->setLightingEnabled( true );
mtl->setAmbient( ColourValue( 0.87, 0.77, 0.46 ) );
mtl->setDiffuse( ColourValue( 0.87, 0.77, 0.46 ) );

ColorValue裡填的分別是代表乳酪色的R,G,B值（範圍在0~1之間）。為了讓乳酪方塊看起來有「方塊」的感覺（因為我們現在還沒有去改變視角），所以範例中偷偷加了一個平行光源，讓乳酪方塊的不同面有亮暗之分。燈光與材質間的關係，以及他們錯綜複雜的參數設定，往後有機會碰到的。

在這個協奏曲中，主要的重點在Entity的使用，以及SceneNode的意義與操作。而旋轉與平移操作所參考的座標系統，會影響最後的結果，這部份也是需要多花點心思去理解的。最後，來個挑戰題吧！如同上面12個乳酪方塊的排列方式，但希望節點的設計是「串列」的方式，也就是每個節點（除了最後一個）都只有一個子節點跟在屁股後面，該怎麼做呢？不要先偷看答案喔！

[下載] 範例程式 (VC2008 專案)

ogre_tutorial_4.zip 4.9 Kb

從這個範例開始，程式架構有一些變動。範例採用Ogre的sample裡的”ExampleApplication.h”的方式，將基本的部份定義為一個基礎類別，產生場景的部份宣告為純虛函數(pure virtual function)，由範例的需求來繼承與實做。如果class, pure virtual function看起來有點吃力，趁現在快去翻翻書吧！不然Ogre可是不會手下留情的喔！

[解答] 數值是大約值，沒有經過計算

ogre_tutorial_4_ans.zip 0.6kb