頂点配列によるモデルの作成（四角形格子メッシュ形式）

このプログラムは、頂点配列からモデルを作成するサンプルのVCSSLプログラムです。

独自の形状をもつモデルを作成したい場合、構成する全てのポリゴンを一枚一枚作成し、それらをまとめてモデル化するのが、最も基本的な方法です。 しかし、ポリゴンが規則的に並ぶような場合には、頂点座標を格納する float 配列から、直接的にモデルを作成する事もできます。

ただしこれには、配列にどのような形式・順番で頂点座標を格納するかについて、いくつかの種類があります。 このプログラムでは、おそらくシミュレーションでの可視化などで便利な、四角形格子メッシュ形式（ QUADRANGLE_GRID ）を使ってモデルを作成してみます。

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使用方法

ダウンロードと展開（解凍）

まず、PC（スマホは未対応）で上の画面の「 ダウンロード 」ボタンを押してください。 するとZIP形式で圧縮されたファイルがダウンロードされるので、そのZIPファイルを右クリックして「すべて展開」や「ここに展開」などで展開（解凍）してください。 展開が成功すると、ZIPファイルと同じ名前のフォルダができ、その中にZIPファイルの中身が入っています。

» 展開がエラーで止まってしまう場合は…

なお、Linux® 等をご使用で、右クリックメニューから展開するとファイル名が文字化けしてしまう場合は、 コマンドライン端末でZIPファイルのある場所まで cd した上で「 unzip -O cp932 ZIPファイル名 」で展開してみてください。

プログラムの起動

Microsoft® Windows® をご使用の場合

上記の通りにZIPファイルを展開したフォルダ内にある、 「 VCSSL.bat（種類はバッチファイル） 」をダブルクリック実行してください。 もしプログラムの内容を書き変えながら使いたい場合は、代わりに「 VCSSL_Editor.bat 」を実行してください。

実行すると、最初にメモリー使用量や、（必要な場合のみ）Java®実行環境を自動で入手するか※ 等を尋ねられるので、適時答えると、プログラムが起動します。2回目以降はすぐに起動します。

※ ここで入手したJava®実行環境は、ZIPファイルを展開した中の「 jre 」フォルダ内にダウンロードされ、このプログラムの実行のみに使用されます。PC全体に影響する形でインストールされる事はありません。

Linux® 等やその他のOSをご使用の場合

ZIPファイルを展開したフォルダ内へコマンドライン端末で cd して、以下の通り入力して実行してください：

» javaコマンドが使用できない等のエラーが表示される場合は…

操作方法

画面上で、下記のマウス操作を行えます。

• 左ドラッグ … 視点の回転
• 右ドラッグ … 視点の平行移動
• ホイールスクロール … 拡大/縮小

題材解説

四角形格子メッシュ形式とは

四角形の集合でできるモデルの場合、最も基本的な頂点座標配列の形式は、四角形リスト(QUADRANGLE_LIST)です。これは全ての四角形ごとに、4つの頂点を独立に指定する形式です。

しかし、四角形が格子（グリッド）状に並び、面を形成するような場合、隣り合う四角形は頂点を共有します。なので、それぞれの四角形ごとに、いちいち4つの頂点を選んで指定するのは面倒です。

こういった場合、格子点の縦方向と横方向のインデックスをもつ座標値配列から、モデルを作成できると便利ですね。これが四角形格子メッシュ（QUADRANGLE_GRID）形式です。

頂点座標値配列の作成方法

この形式での座標値配列は、上図の通り、

[ 格子点Y番号 ][ 格子点X番号 ][ その格子点のXYZ(0〜2)]

という3次元インデックスで作成します。

左と中央の次元は、格子のYとX方向の番号を意味します。具体的な番号は上図を参照してください。なお、[ X番号 ][ Y番号 ]ではなく、[ Y番号 ][ X番号 ]である事にご注意ください。Y-Z方向やZ-X方向の格子を使う場合も、このようにインデックスが逆転します。

右の次元は、その格子点の座標値のX/Y/Zを意味する次元です。0がX、1がY、2がZに対応します。

なお、格子上の同じX番号（左の次元）に属する格子点の、実際のX座標値（右の次元[0]に対応する値）は、別に同じである必要はありません。Yについても同様です。つまり、歪んだ格子を表現する事も可能です。

コード解説

コード全体

このプログラムのコード全体は、以下のようになっています。

以下では、コードの各部について解説します。

先頭領域

プログラムの先頭領域では、数学関数を扱う標準ライブラリ「 Math 」と、 3次元グラフィックスを扱う標準ライブラリ「 Graphics3D 」、 それに加えて3DCG用フレームワーク「 graphics3d.Graphics3DFramework 」を読み込んでいます。

グローバル変数の宣言

続いてグローバル変数の宣言です。ここではグリッドのX/Y方向の分割数（その方向への格子点の個数）を宣言しています。

ここで使用している const というのは、値を変更できない（ = 定数にする ）ようにロックするためのキーワードです。変わるはずのない値を誤って書き換えるバグを防げます。

onStart関数の実装

続いて、onStart関数を実装しています。この関数は、フレームワークから自動で、プログラムの開始時に一度だけ呼ばれます。ここで画面設定や、立体モデルの生成や配置などの初期化処理を実装します。

先頭から見ていきましょう。まずは頂点座標を格納する配列を作っています。[ Y_N ][ X_N ]の順序である事に注意してください。

続いてこの頂点座標配列に、座標値をインプットしています。

座標値のXとYには、直交格子になるような、素直な値を使っています（歪んだ格子にする事もできます）。

座標値のZには、XとYをsin関数にかけて、波のような面になるようにしています。

さて、いよいよ本番です。この座標値配列からモデルを作成し、色を設定して配置しています。まずはモデルの作成です。

newModelはGraphics3Dライブラリにある、モデルを作成するための関数です。

newModel関数の引数に指定している QUADRANGLE_GRID というのもGraphics3Dライブラリで定義された定数で、四角形グリッド形式を使うためのキーワードといった感じです。これに続いて、作った座標値配列vertexを渡していますが、これが四角形格子グリッド形式で解釈されます。

newModel関数は、渡された頂点座標値配列からモデルを作成したら、そのモデルに固有のID番号（ モデルID ）を割り振って返します。これを theme という名前の int 型変数に格納しています。モデルIDは、モデルを配置したり、操作したりするのに必要です。

続くsetModelColor関数は、モデルの色を設定するための関数で、Graphics3Dライブラリに属しています。

この関数の第一引数には、色設定を行いたいモデルのIDを指定します。

問題は続く引数ですが、色の赤/緑/青色成分を、0〜255までの整数値で指定します。これらの色成分は加法混色で混ぜられ、モデルに色が付けられます。最後の引数も0〜255で、α値を指定します。α値とは透明度を表す数値で、0で透明、255で不透明になります。

最後に、モデルを配置しています。

mountModel関数は、モデルを配置するための関数で、Graphics3Dライブラリに属しています。

mountModel関数の第一引数には、配置したいモデルのIDを指定します。

続く第二引数には、3Dレンダラー（3D描画エンジン）のIDを指定しますが、これはフレームワークが自動で確保してくれています。そして、レンダラーのIDも、initialize関数のコール時に、引数に渡してくれています。ここで int renderer としているのがそれですね。これをそのままmountModel関数に渡せばいいだけです。

なお、mountModel関数には、さらに第三引数で、配置先座標系を指定する事も可能です。しかしここでは省略しています。省略するとワールド座標系に配置されます。ワールド座標系についての詳しい解説は割愛しますが、舞台の中心のような座標系です。

ライセンス

このVCSSL/Vnanoコード（ 拡張子が「.vcssl」や「.vnano」のファイル ）は実質的な著作権フリー（パブリックドメイン) である CC0 の状態で公開しています。 そのままでのご利用はもちろん、言語の種類を問わず、改造や流用などもご自由に行ってください。

※ ただし、このコードの配布フォルダ内には、ダウンロード後すぐに実行できるように、 VCSSLの実行環境も同梱されており、そのライセンス文書は「 License 」フォルダ内に同梱されています （要約すると、商用・非商用問わず自由に使用できますが、使用の結果に対して開発元は一切の責任を負いません、といった具合の内容です）。 配布フォルダ内の各構成物の一覧やライセンスについては「 ReadMe_使用方法_必ずお読みください.txt 」をご参照ください。

この記事中の商標などについて

• OracleとJavaは、Oracle Corporation 及びその子会社、関連会社の米国及びその他の国における登録商標です。文中の社名、商品名等は各社の商標または登録商標である場合があります。
• Windows は、米国 Microsoft Corporation の米国およびその他の国における登録商標です。この記事は独立著作物であり、Microsoft Corporation と関連のある、もしくはスポンサーを受けるものではありません。
• Linux は、Linus Torvalds 氏の米国およびその他の国における商標または登録商標です。
• その他、文中に使用されている商標は、その商標を保持する各社の各国における商標または登録商標です。