[DirectX] 뷰 행렬 연산

16 Dec 2022 in Study on WinAPI&DirectX

뷰(View) 행렬 코드

// ==============
	// View 행렬 계산
	// ==============
	m_matView = XMMatrixIdentity();

	// 카메라 좌표를 원점으로 이동
	Vec3 vCamPos = Transform()->GetRelativePos();
	Matrix matViewTrans = XMMatrixTranslation(-vCamPos.x, -vCamPos.y, -vCamPos.z);
		
	// 카메라가 바라보는 방향을 Z 축과 평행하게 만드는 회전 행렬을 적용
	Matrix matViewRot = XMMatrixIdentity();

	Vec3 vR = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::RIGHT);
	Vec3 vU = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::UP);
	Vec3 vF = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::FRONT);

	matViewRot._11 = vR.x;	matViewRot._12 = vU.x;	matViewRot._13 = vF.x;
	matViewRot._21 = vR.y;	matViewRot._22 = vU.y;	matViewRot._23 = vF.y;
	matViewRot._31 = vR.z;	matViewRot._32 = vU.z;	matViewRot._33 = vF.z;

	m_matView = matViewTrans * matViewRot;

뷰 행렬 = (이동 행렬 x 회전 행렬) 혹은 (회전 행렬 x 이동 행렬)을 곱한 형태이다.

이때 이동, 회전 순으로 곱하면 공전 형태로 취급하고,
회전, 이동 순으로 곱하면 자전 형태로 취급한다.

언리얼 엔진의 축에 따른 회전 명칭

x축 회전 : pitch 회전
y축 회전 : yaw 회전
z축 회전 : roll 회전

CTransform 클래스의 변화

define.h에 enum class를 설정하고, 방향 벡터를 3개 만든다.

// define.h

enum class DIR_TYPE
{
    RIGHT,
    UP,
    FRONT
}

// 헤더파일

#pragma once
#include "CComponent.h"

class CTransform :
    public CComponent
{
private:
    Vec3    m_vRelativePos;
    Vec3    m_vRelativeScale;
    Vec3    m_vRelativeRot;

    Vec3     m_vRelativeDir[3];


    Matrix  m_matWorld; // 크기, 회전, 이동 정보를 합쳐놓음


public:
    void SetRelativePos(Vec3 _vPos) { m_vRelativePos = _vPos; }
    void SetRelativeScale(Vec3 _vScale) { m_vRelativeScale = _vScale; }
    void SetRelativeRot(Vec3 _vRot) { m_vRelativeRot = _vRot; }

    void SetRelativePos(float _x, float _y, float _z) { m_vRelativePos = Vec3(_x, _y, _z); }
    void SetRelativeScale(float _x, float _y, float _z) { m_vRelativeScale = Vec3(_x, _y, _z); }
    void SetRelativeRot(float _x, float _y, float _z) { m_vRelativeRot = Vec3(_x, _y, _z);  }

    Vec3 GetRelativePos() { return m_vRelativePos; }
    Vec3 GetRelativeScale() { return m_vRelativeScale; }
    Vec3 GetRelativeRot() { return m_vRelativeRot; }

    Vec3 GetRelativeDir(DIR_TYPE _type) { return m_vRelativeDir[(UINT)_type]; }




public:
    virtual void finaltick() override;    
    void UpdateData();


    CLONE(CTransform);    
public:
    CTransform();
    ~CTransform();
};

방향 벡터를 추가해주고, 방향 타입을 넘기는 함수를 만든다.

// cpp파일

#include "pch.h"
#include "CTransform.h"

#include "CDevice.h"
#include "CConstBuffer.h"

CTransform::CTransform()
	: CComponent(COMPONENT_TYPE::TRANSFORM)
	, m_vRelativeScale(Vec3(1.f, 1.f, 1.f))
	, m_vRelativeDir{
		  Vec3(1.f, 0.f, 0.f)
		, Vec3(0.f, 1.f, 0.f)
		, Vec3(0.f, 0.f, 1.f)}
{
}

CTransform::~CTransform()
{
}

void CTransform::finaltick()
{
	Matrix matScale = XMMatrixIdentity();	
	matScale = XMMatrixScaling(m_vRelativeScale.x, m_vRelativeScale.y, m_vRelativeScale.z);
	
	Matrix matRot = XMMatrixIdentity();
	matRot = XMMatrixRotationX(m_vRelativeRot.x);
	matRot *= XMMatrixRotationY(m_vRelativeRot.y);
	matRot *= XMMatrixRotationZ(m_vRelativeRot.z);

	Matrix matTranslation = XMMatrixTranslation(m_vRelativePos.x, m_vRelativePos.y, m_vRelativePos.z);

	m_matWorld = matScale * matRot * matTranslation;



	Vec3 vDefaultDir[3] = {
		  Vec3(1.f, 0.f, 0.f)
		, Vec3(0.f, 1.f, 0.f)
		, Vec3(0.f, 0.f, 1.f)
	};

	for (int i = 0; i < 3; ++i)
	{
		// XMVector3TransformCoord(vDefaultDir[i], matRot);
		
		//m_vRelativeDir[i] = XMVector3TransformNormal(vDefaultDir[i], m_matWorld);
		//m_vRelativeDir[i].Normalize();

		m_vRelativeDir[i] = XMVector3TransformNormal(vDefaultDir[i], matRot);
	}
}

void CTransform::UpdateData()
{
	// 위치값을 상수버퍼에 전달 및 바인딩		
	CConstBuffer* pTransformBuffer = CDevice::GetInst()->GetConstBuffer(CB_TYPE::TRANSFORM);

	g_transform.matWorld = m_matWorld;

	pTransformBuffer->SetData(&g_transform);
	pTransformBuffer->UpdateData();
}

여기서는 회전 행렬을 각 방향 벡터에 곱한다.

이때 사용되는 함수는 아래와 같다.

XMVector3TransformCoord() : 동차 좌표를 1로 확장
XMVector3TransformNormal() : 동차 좌표를 0으로 확장

그리고 정규화를 위해서 Normalize()함수를 사용한다.

CCamera 클래스의 변화

이렇게 하면 카메라 컴포넌트 에서는 Transform으로부터 방향 벡터를 얻을 수 있게 된다.

// 헤더파일

#pragma once
#include "CComponent.h"

class CCamera :
    public CComponent
{
private:
    float       m_fAspectRatio;
    PROJ_TYPE   m_ProjType;


    Matrix      m_matView;
    Matrix      m_matProj;

public:
    void SetProjType(PROJ_TYPE _Type) { m_ProjType = _Type; }
    PROJ_TYPE GetProjType() { return m_ProjType; }


    const Matrix& GetViewMat() { return m_matView; }
    const Matrix& GetProjMat() { return m_matProj; }


public:
    virtual void finaltick() override;

    CLONE(CCamera);
public:    
    CCamera();
    ~CCamera();
};

// cpp 파일

#include "pch.h"
#include "CCamera.h"


#include "CDevice.h"
#include "CTransform.h"


CCamera::CCamera()
	: CComponent(COMPONENT_TYPE::CAMERA)
	, m_fAspectRatio(1.f)
	, m_ProjType(PROJ_TYPE::ORTHOGRAPHIC)
{
	Vec2 vRenderResol = CDevice::GetInst()->GetRenderResolution();
	m_fAspectRatio = vRenderResol.x / vRenderResol.y;
}

CCamera::~CCamera()
{
}

void CCamera::finaltick()
{
	// ==============
	// View 행렬 계산
	// ==============
	m_matView = XMMatrixIdentity();

	// 카메라 좌표를 원점으로 이동
	Vec3 vCamPos = Transform()->GetRelativePos();
	Matrix matViewTrans = XMMatrixTranslation(-vCamPos.x, -vCamPos.y, -vCamPos.z);
		
	// 카메라가 바라보는 방향을 Z 축과 평행하게 만드는 회전 행렬을 적용
	Matrix matViewRot = XMMatrixIdentity();

	Vec3 vR = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::RIGHT);
	Vec3 vU = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::UP);
	Vec3 vF = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::FRONT);

	matViewRot._11 = vR.x;	matViewRot._12 = vU.x;	matViewRot._13 = vF.x;
	matViewRot._21 = vR.y;	matViewRot._22 = vU.y;	matViewRot._23 = vF.y;
	matViewRot._31 = vR.z;	matViewRot._32 = vU.z;	matViewRot._33 = vF.z;

	m_matView = matViewTrans * matViewRot;

	// =============
	// 투영 행렬 계산
	// =============
	m_matProj = XMMatrixIdentity();
	
	if (PROJ_TYPE::ORTHOGRAPHIC == m_ProjType)
	{
		// 직교 투영
		Vec2 vResolution = CDevice::GetInst()->GetRenderResolution();
		m_matProj =  XMMatrixOrthographicLH(vResolution.x, vResolution.y, 1.f, 10000.f);
	}
	else
	{	
		// 원근 투영
		m_matProj = XMMatrixPerspectiveFovLH(XM_PI / 2.f, m_fAspectRatio, 1.f, 10000.f);
	}


	// 행렬 업데이트
	g_transform.matView = m_matView;
	g_transform.matProj = m_matProj;
}

위와 같은 코드로 회전 행렬을 세팅해주고, 원근 투영, 직교 투영 여부에 따른 분기처리를 해준다.

CCameraMoveScript 클래스의 변화

원근 투영을 적용하고, 이동 방식을 변경하여 코드를 아래와 같이 변경한다.

// define.h 헤더에 코드 추가

enum class PROJ_TYPE
{
	ORTHOGRAPHIC,
	PERSPECTIVE,
};

// 헤더파일

#pragma once
#include "CScript.h"

class CCameraMoveScript :
    public CScript
{
private:
    float       m_fCamSpeed;

public:
    virtual void tick() override;

private:
    void Camera2DMove();
    void Camera3DMove();

    CLONE(CCameraMoveScript);
public:
    CCameraMoveScript();
    ~CCameraMoveScript();
};

// cpp파일

#include "pch.h"
#include "CCameraMoveScript.h"

#include "CTransform.h"
#include "CCamera.h"

CCameraMoveScript::CCameraMoveScript()
	: m_fCamSpeed(100.f)
{
}

CCameraMoveScript::~CCameraMoveScript()
{
}

void CCameraMoveScript::tick()
{
	if (PROJ_TYPE::ORTHOGRAPHIC == Camera()->GetProjType())
		Camera2DMove();
	else
		Camera3DMove();
}

void CCameraMoveScript::Camera2DMove()
{
	// 키 입력에 따른 카메라 이동
	Vec3 vPos = Transform()->GetRelativePos();

	if (KEY_PRESSED(KEY::W))
	{
		vPos.y += DT * m_fCamSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::S))
	{
		vPos.y -= DT * m_fCamSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::A))
	{
		vPos.x -= DT * m_fCamSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::D))
	{
		vPos.x += DT * m_fCamSpeed;
	}

	Transform()->SetRelativePos(vPos);
}

void CCameraMoveScript::Camera3DMove()
{
	Vec3 vPos = Transform()->GetRelativePos();
	Vec3 vRot = Transform()->GetRelativeRot();

	Vec3 vFront = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::FRONT);
	Vec3 vUp = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::UP);
	Vec3 vRight = Transform()->GetRelativeDir(DIR_TYPE::RIGHT);

	float fSpeed = m_fCamSpeed;

	if (KEY_PRESSED(KEY::LSHIFT))
		fSpeed *= 5.f;

	if (KEY_PRESSED(KEY::W))
	{
		vPos += DT * vFront * fSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::S))
	{
		vPos -= DT * vFront * fSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::A))
	{
		vPos -= DT * vRight * fSpeed;
	}

	if (KEY_PRESSED(KEY::D))
	{
		vPos += DT * vRight * fSpeed;
	}


	if (KEY_PRESSED(KEY::RBTN))
	{
		Vec2 vMouseDir = CKeyMgr::GetInst()->GetMouseDir();
		vRot.y += DT * vMouseDir.x * 5.f;
		vRot.x -= DT * vMouseDir.y * 5.f;
	}

	Transform()->SetRelativePos(vPos);
	Transform()->SetRelativeRot(vRot);

}

[DirectX] 뷰 행렬 연산

뷰(View) 행렬 코드

언리얼 엔진의 축에 따른 회전 명칭

CTransform 클래스의 변화

CCamera 클래스의 변화

CCameraMoveScript 클래스의 변화

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언리얼 엔진의 축에 따른 회전 명칭

CTransform 클래스의 변화

CCamera 클래스의 변화

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