forked from andkok/MWS_2021
290 lines
16 KiB
Markdown
290 lines
16 KiB
Markdown
|
# Ćwiczenia 14.03
|
||
|
|
|
||
|
|
## Hello World w Unity
|
||
|
|
|
||
|
|
(Pliki [https://git.wmi.amu.edu.pl/andkok/Unity_artifitial_world/src/branch/cw1/materiałyHelloWorld](https://git.wmi.amu.edu.pl/andkok/Unity_artifitial_world/src/branch/cw1/materiałyHelloWorld) )
|
||
|
|
|
||
|
|
1. ### Utwórz nowy projekt
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Otwórz Unity Hub
|
||
|
|
- [ ] Wybierz NEW
|
||
|
|
- [ ] 3D, wpisz nazwę i wybierz lokalizacje na twoim komputerze. Zatwierdź klikając CREATE
|
||
|
|
|
||
|
|
2. ### Import materiałów, tworzenie terenu i prostych krztałtów
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="Unityscreen.png" style="zoom:50%;" />
|
||
|
|
|
||
|
|
Po środku ekranu jest podgląd sceny (karta Scene). Żeby się w nim przemieszczać klikamy Q i wtedy możemy przesuwać obraz myszką (kliknięcie na prawy przycisk myszy do obracania widoku). Klawisz W zmienia w tryb przesuwania obiektów, a klawisz E jest do obracania obiektów i R zmiany rozmiarów.
|
||
|
|
|
||
|
|
W dolnej części ekranu, w karcie Project przechowujemy wszystkie modele, tekstury, skrypty i inne potrzebne elementy
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] W folderze Assets kliknij prawym przyciskiem myszy i z menu wybierz Create -> Folder. Nazwij folder tekstury
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Otwórz ten folder i przeciągnij do niego wcześniej pobrane tekstury
|
||
|
|
|
||
|
|
Po lewej stronie jest karta Hierarchy. W niej znajdują się wszystkie obiekty, które są w tworzonej scenie. Tam się dodaje nowe elementy sceny i ustawia zależności pomiędzy elementami
|
||
|
|
|
||
|
|
#### Teren
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Kliknij prawym przyciskiem myszy w polu Hierarchy i wybierz 3D Object -> Terrain
|
||
|
|
|
||
|
|
Po prawej stronie mamy karte inspector w której są ustawienia zaznaczonego obiektu
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="ph00009.png" style="zoom:33%;" />
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Dodaj teksturę terenu
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] W Inspektorze przy zakładce Terrain wybierz drugą opcje (ikonka pędzelka)
|
||
|
|
- [ ] Wybierz z menu Paint Texture
|
||
|
|
- [ ] Kliknij Edit Terrain Layers -> Create Layer
|
||
|
|
- [ ] Dodaj trzy tekstury
|
||
|
|
- [ ] Urozmaić teren zaznaczając tekstury i malując przy pomocy wybranych poniżej pędzli
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Zmień wysokości terenu
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] W Inspektorze przy zakładce Terrain wybierz drugą opcje (ikonka pędzelka)
|
||
|
|
- [ ] Wybierz z menu Raise or Lower Terrain
|
||
|
|
- [ ] Podnosi się teren "malując" po obiekcie terenu, żeby teren obniżyć należy trzymać wciśnięty shift
|
||
|
|
|
||
|
|
#### Proste kształty
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] W karcie Hierarchy kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz 3D Object -> Sphere
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] żeby nadać kuli koloru utwórz materiał
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] <img src="ph00008.png" style="zoom:33%;" />
|
||
|
|
- [ ] Dodaj teksture SphereNormals do tekstur i Inspektorze wybierz texture type: Normal Map, zaznacz create from grayscale, wrap mode: mirror
|
||
|
|
- [ ] W folderze Assets utwórz folder Materiały i kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Create -> Material
|
||
|
|
- [ ] <img src="ph00007.png" style="zoom:33%;" />
|
||
|
|
- [ ] Wybierz kolor Albedo i dodaj teksture do "Normal Map"
|
||
|
|
- [ ] Przeciągnij materiał na kulę
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] żeby na kulę działała grawitacja i kolizja dodajemy do niej Rigid Body (Add Component -> Rigidbody), i w Constrains - Freeze rotation zaznacz wszystkie (żeby nam się kula nie stoczyła)
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] <img src="ph00006.png" style="zoom:33%;" /> <img src="ph00005.png" style="zoom:33%;" />
|
||
|
|
|
||
|
|
3. ### Dodawanie skryptu C#
|
||
|
|
|
||
|
|
W Unity za większość akcji i różnych interakcji odpowiadają skrypty C#
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Utwórz folder skrypty i w nim Create -> C# Script, nazwij go Player.
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Otwórz ten skrypt i Przed funkcją Start dodaj zmienne:
|
||
|
|
|
||
|
|
```c#
|
||
|
|
public float speed = 0.1f;
|
||
|
|
public float rotationSpeed = 0.1f;
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] wewnątrz funkcji Update wklej:
|
||
|
|
|
||
|
|
```c#
|
||
|
|
float move = Input.GetAxis("Vertical") * speed; // Pobierz dane od użytkownika (klawisze strzałek lub joystick) i przeskaluj wcześniej podaną wartością (przód tył)
|
||
|
|
float rotate = Input.GetAxis("Horizontal") * rotationSpeed; // Pobierz dane od użytkownika (klawisze strzałek lub joystick) i przeskaluj wcześniej podaną wartością (obrót)
|
||
|
|
Vector3 moveVector = new Vector3(PODAJ_X,PODAJ_Y,PODAJ_Z); // Wektor przesuwający objekt DO EDYCJI
|
||
|
|
gameObject.GetComponent<Transform>().Translate(moveVector, Space.Self); // Funkcja przesuwająca objekt
|
||
|
|
gameObject.GetComponent<Transform>().Rotate(PODAJ_X,PODAJ_Y,PODAJ_Z, Space.Self); // Funkcja obracająca objekt DO EDYCJI
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Zamień wartości wektora ruchu i funkcji obrotu
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Przeciągnij skrypt na object Player lub w Inspektorze obiektu Player wybierz Add Component i dodaj Player
|
||
|
|
|
||
|
|
4. ### Ustawianie oświetlenia (globalne)
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Ustawienia oświetlenia są w Window -> Rendering -> Ligthning, można je sobie przypiąć w dowolnym miejscu (ja przesuwam je koło inspektora)
|
||
|
|
- [ ] <img src="ph00004.png" style="zoom:33%;" />
|
||
|
|
- [ ] Dodajemy nowe ustawienia (New Ligthning Settings)
|
||
|
|
- [ ] Można zmienić Ligthmapper na Progressive GPU
|
||
|
|
- [ ] Po dostosowaniu ustawień klikamy Generate Lightning (to może chwilę potrwać, nawet do kilku minut)
|
||
|
|
|
||
|
|
5. ### Tworzenie wielu elementów skryptem z ustawianiem ich za pomocą macierzy (Clock)
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="ph00001.png" style="zoom:25%;" />
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Utwórz objekt tarczy zegara (tekstura <img src="clock.png" style="width:25px;" /> , zamień przy tworzeniu materiału Rendering mode na Transparent)
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Utwórz obiekt, który posłuży jako szablon wskazówek zegara
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Dodaj kod ustawiający zegar do obiektu tarczy zegara
|
||
|
|
|
||
|
|
```c#
|
||
|
|
using System.Collections;
|
||
|
|
using System.Collections.Generic;
|
||
|
|
using System;
|
||
|
|
using UnityEngine;
|
||
|
|
public class Clock : MonoBehaviour
|
||
|
|
{
|
||
|
|
public GameObject clockHand; // szablon wyglądu wskazówki zegara
|
||
|
|
void Start()
|
||
|
|
{
|
||
|
|
}
|
||
|
|
void Update()
|
||
|
|
{
|
||
|
|
|
||
|
|
DateTime centuryBegin = new DateTime(2001, 1, 1);
|
||
|
|
DateTime currentDate = DateTime.Now;
|
||
|
|
long elapsedTicks = currentDate.Ticks - centuryBegin.Ticks;
|
||
|
|
TimeSpan elapsedSpan = new TimeSpan(elapsedTicks);
|
||
|
|
|
||
|
|
float stopWatchTime = Time.unscaledTime; // Czas w sekundach od startu aplikacji (mały zegar)
|
||
|
|
float nowTime = (float)(((int)(elapsedSpan.TotalSeconds)) % 86400); // Czas w sekundach od początku doby (0:00) (duży zegar)
|
||
|
|
// Stop Watch Time:
|
||
|
|
|
||
|
|
float swHour = 0.0f;
|
||
|
|
float swMinute = 0.0f;
|
||
|
|
float swSecond = 0.0f;
|
||
|
|
// Global Time:
|
||
|
|
float hour = 0.0f;
|
||
|
|
float minute = 0.0f;
|
||
|
|
float second = 0.0f;
|
||
|
|
// Ustaw pozycje, rozmiar i obrót wskazówek zegara z wykorzystaniem przekształceń macierzowych:
|
||
|
|
// (Matrix4x4.Translate, Matrix4x4.Scale, Matrix4x4.Rotate) dwa pierwsze przyjmują Vector3, a obroty przyjmują Quaternion.Euler( X, Y, Z) (już bez new, bo to funkcja)
|
||
|
|
|
||
|
|
var transformationHsw = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
var transformationMsw = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
var transformationSsw = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
|
||
|
|
var transformationH = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
var transformationM = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
var transformationS = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0, 0, 0));
|
||
|
|
|
||
|
|
// Create game objects instances
|
||
|
|
|
||
|
|
Graphics.DrawMeshInstanced(clockHand.GetComponent<MeshFilter>().mesh, 0, clockHand.GetComponent<MeshRenderer>().material, new Matrix4x4[6]{transformationHsw, transformationMsw, transformationSsw, transformationH, transformationM, transformationS});
|
||
|
|
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
}
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Zaznacz w inspektorze przy Clock Hand wcześniej przygotowany objekt
|
||
|
|
|
||
|
|
- [ ] Dodaj odpowiednie przekształcenia, tak aby duży zegar pokazywał czas i mały zegar pokazywał czas od uruchomienia aplikacji
|
||
|
|
|
||
|
|
# L-System
|
||
|
|
|
||
|
|
W tej części zajęć skupimy się na tworzeniu L-Systemów i wykorzystaniu ich do reprezentacji zjawisk przyrodniczych.
|
||
|
|
|
||
|
|
> **Przypomnienie**
|
||
|
|
> **L-System** to system przepisywania i gramatyka formalna. Składa się z: symboli, które tworzą ciągi znaków; reguł produkcyjnych, które opisują na co należy przepisać dany znak; aksjomatu, czyli początkowego ciągu znaków; i mechanizmu, który tłumaczy ciąg znaków na reprezentacje geometryczną
|
||
|
|
|
||
|
|
Bazą dla tych zajęć jest książka Algorithmic Beauty of Plants dostępna za darmo pod [linkiem](http://algorithmicbotany.org/papers/abop/abop.lowquality.pdf) lub [w wyższej jakości](http://algorithmicbotany.org/papers/abop/abop.pdf)
|
||
|
|
|
||
|
|
## Składnia L-Systemów
|
||
|
|
|
||
|
|
Projekt zawiera bibliotekę, która interpretuje L-Systemy. Ich definicję pobiera z oddzielnego pliku. Ich składnie opisuję definicja L-Systemu opisującego rozwój bakterii Anabaena znajduje się w projekcie pod ścieżką `Assets\LSystem\Anabaena.txt` i wygląda następująco:
|
||
|
|
|
||
|
|
```
|
||
|
|
#axiom
|
||
|
|
L
|
||
|
|
#rules
|
||
|
|
L->lR
|
||
|
|
R->Lr
|
||
|
|
l->L
|
||
|
|
r->R
|
||
|
|
#end rules
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
Plik należy zacząć od linii `#axiom`, następnie w następnej linii zamieścić ciąg początkowy. Później pomiędzy liniami `#rules` i `#end rules` umieścić instrukcje przepisywania według zasady:
|
||
|
|
```<znak przepisywany>-><wynik przepisania> ```
|
||
|
|
każdy znak przed strzałką i po strzałce (z wyjątkiem reguł o których później) jest traktowany jako następny symbol. W przypadku kilku reguł, które dotyczą tego samego symbolu wykona się ta, która jest wyżej w pliku. Między reguły można dodawać komentarze, znakiem komentującym jest `#`. Jeżeli znak nie posiada żadnej reguły, która by go opisywała, to nie jest on zmieniany.
|
||
|
|
|
||
|
|
Odpal scenę **LSystemFromFile**, zaznacz **LSystemController** w panelu po prawej. Po lewej w polu **L System Path** wpisz `Assets\LSystem\Anabaena.txt` kliknij **Load File**, by załadować LSystem. Następnie Evaluate, by wykonać przepisanie. W scenie wyświetlą się obiekty reprezentujące symbole a w konsoli wyświetli się wynik przepisania.
|
||
|
|
|
||
|
|
Składnia wszystkich rozszerzeń jest zaprezentowana w pliku `SampleLSystem.txt` w tej chwili niektóre reguły mogą byc niezrozumiałe, ale może się on przydać później jako wzorzec.
|
||
|
|
|
||
|
|
## Turtle Graphics
|
||
|
|
|
||
|
|
Turtle Graphics jest metodą tworzenia grafiki komputerowej, wykorzystuje kursor (tytułowego żółwia) wykonujący instrukcje w przestrzeni lokalnej.
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
L-Systemy można interpretować za pomocą Turtle Graphics, poprzez przypisanie każdemu symbolowi instrukcji jaką ma wykonać żółw. Następnie żółw będzie wykonywał kolejne instrukcje czytając napis od lewej do prawej.
|
||
|
|
|
||
|
|
Na początek zaczniemy od prostej reprezentacji, gdzie `+` będzie oznaczał w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara o wskazany kąt, natomiast `-` w przeciwnym. Kąt zwyczajowo oznacza się grecką literą $\delta$. Każdy inny symbol będzie oznaczał idź prosto o 1.
|
||
|
|
|
||
|
|
Odpal Scenę LSystem2D, załaduj plik `Sierpinski.txt`, ustaw kąt na 60 stopni i wykonaj kilka kroków.
|
||
|
|
|
||
|
|
### Zadanie
|
||
|
|
|
||
|
|
napisz Lsystem, który będzie rysował gwiazdkę kocha
|
||
|
|
|
||
|
|
1. #### Krzywa kocha:
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="../../../../Downloads/Wirtualne Światy treść zadań/Kochsim.gif" />
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="../../../../Downloads/Wirtualne Światy treść zadań/RPReplay_Final1615641331.gif" style="zoom:50%;" />
|
||
|
|
|
||
|
|
Opis:
|
||
|
|
|
||
|
|
1. Podziel linię na 3 równę części
|
||
|
|
2. Przy środkowej części narysuj równoboczny trójkąt zwrócony na zewnątrz
|
||
|
|
3. Usuń środkową część pierwotnej lini
|
||
|
|
|
||
|
|
Musimy z jednej lini zrobić 4 nowe, z czego pierwsza i ostatnia idą w tym samym kierunku, a dwie środkowe idą pod innym kątem (podpowiedź: dając dwa razy + lub - możesz zwiększyć kąt)
|
||
|
|
|
||
|
|
2. #### W pierwszym kroku L-Systemu utwórz trójkąt
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
## Bracketed L-systems
|
||
|
|
|
||
|
|
W podstawowej wersji L-Systemy są pojedyńczym ciągiem znaków, by uzyskać możliwość tworzenia rozgałęzień wprowadzamy dwa specjalne znaki `[` oraz `]` pierwszy mówi, żeby zapamiętać obecny stan, drugi oznacza by wrócić do stanu zapamiętanym przy ostatnim znaku `[`. Przykładowo ciąg symboli `F[+FFF][-F]FF` dla $\delta=90$ będzie reprezentowany następująco
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
### Zadanie
|
||
|
|
|
||
|
|
Stwórz systemy a i e:
|
||
|
|
|
||
|
|
<img src="../../../../Downloads/Wirtualne Światy treść zadań/Screenshot 2021-03-13 at 14.29.06.png" alt="Screenshot 2021-03-13 at 14.29.06" /> 
|
||
|
|
|
||
|
|
## Pisanie własnej interpretacji LSystemów
|
||
|
|
|
||
|
|
Wróćmy do sceny LSystemFromFile W tej scenie zamiast kresek pojawiają się figury reprezentujące komórki (czerwona lewa, zielona prawa, niska młoda, wysoka dorosła). Otwórz skrypt AnabeanaTurtle.cs, który odpowiada za rysowanie. Zawiera on klasę `AnabeanaTurtle` dziedziczącą po `TurtleLSystem`. `TurtleLSystem` jest klasą abstrakcyjną, wymaga zdefiniowania funkcji `initLiteralInterpretation`, w której należy opisać jak interpretować symbole.
|
||
|
|
|
||
|
|
```CS
|
||
|
|
protected override void initLiteralInterpretation() {
|
||
|
|
turtleInterpretation = new Dictionary<string, Func<float[], Tuple<GameObject, Matrix4x4>>>();
|
||
|
|
//turtleInterpretation
|
||
|
|
var transformation = Matrix4x4.Translate(new Vector3(0.0f, 0.1f, 0)) * Matrix4x4.Scale(new Vector3 (0.05f, 0.1f, 0.05f));
|
||
|
|
|
||
|
|
turtleInterpretation.Add("+", (float[] args) => new Tuple<GameObject, Matrix4x4>(null, Matrix4x4.Rotate(Quaternion.Euler(0, 0, -angle))));
|
||
|
|
turtleInterpretation.Add("-", (float[] args) => new Tuple<GameObject, Matrix4x4>(null, Matrix4x4.Rotate(Quaternion.Euler(0, 0, angle))));
|
||
|
|
|
||
|
|
//Wildcard how to represent any other symbol
|
||
|
|
turtleInterpretation.Add("*.*", (float[] args) => new Tuple<GameObject, Matrix4x4>(obj, transformation));
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
Żeby tego dokonać należy uzupełnić słownik `turtleInterpretation`, którego kluczami są opisywane symbole jako stringi. Natomiast wartościami są funkcje, które przyjmują jako argument tablicę parametrów danego symbolu (o tym później) a zwracają Krotkę, której pierwszym elementem jest rysowany obiekt, natomiast drugim transformacja, jaką wykona żółw. Powyższym przykładzie obiekty są czytane z modeli a transformacja zawsze jest taka sama, czyli translacja o wektor (0.1,0,0) i skalowanie o wektor (0.1,0.1,0.1). (Skalowania nie są pamiętane przez żółwia)
|
||
|
|
|
||
|
|
Te funkcje są wykorzystywane przez żółwia do interpretacji ciągu symboli. Przykładowo `LRr` zostanie zinterpretowany następująco:
|
||
|
|
|
||
|
|
* żółw przesuwa się o 0.1 w osi X umieszcza bigL w punkcie (0.1,0,0)
|
||
|
|
* żółw przesuwa się o 0.1 w osi X umieszcza bigR w punkcie (0.2,0,0) (ponieważ (0.1,0,0)+(0.1,0,0)=(0.2,0,0) )
|
||
|
|
* żółw przesuwa się o 0.1 w osi X umieszcza bigL w punkcie (0.3,0,0)
|
||
|
|
|
||
|
|
### Zadanie
|
||
|
|
|
||
|
|
Jak wyszukasz w internecie obrazki Anabaeny, zobaczysz, że są one często powykręcane, dodaj do macierz przekształceń obroty w osi Y o losowy kąt pomiędzy -20 a 20 stopni.
|
||
|
|
|
||
|
|
## Parametryczne L-Systemy
|
||
|
|
|
||
|
|
Parametryczne L-Systemy operują na symbolach parametrycznych znakach, czyli takich, które posiadają 0 lub więcej parametrów rzeczywistych. Pozwala to przechowywać różne wewnętrzne stany obiektów. Przykładowo dla modelu Anabeany powyżej rozróżniamy tylko 2 stany, młody i dorosły. Dzięki parametrycznym L-Systemom możemy opisać wiek w sposób bardziej ciągły. Przykładowo poniższy L-System komórki która rośnie i jak osiągnie odpowiedni wiek rozdziela się na dwie młode komórki
|
||
|
|
|
||
|
|
```
|
||
|
|
#axiom
|
||
|
|
B(1)
|
||
|
|
#rules
|
||
|
|
B(a) : a<2 -> B(a+0.1)
|
||
|
|
B(a) : a>=2 -> B(1)B(1)
|
||
|
|
#end rules
|
||
|
|
```
|
||
|
|
|
||
|
|
Parametry zapisuje się wewnątrz nawiasów po przecinku. W aksjomacie muszą one mieć wartości liczbowe. Po lewej stronie trzeba nadać parametrom nazwy (mogą mieć one więcej niż jeden znak). Symbole są identyfikowane po nazwie i liczbie znaków. Po dwukropku można podać warunki logiczne jakie musi spełnić symbol. można w tym umieszczać operacje matematyczne, dozwolone jest mnożenie, dzielenie, dodawanie i odejmowanie. podobnie w parametrach po prawej stronie
|
||
|
|
|
||
|
|
### Zadanie
|
||
|
|
|
||
|
|
Napisz dla parametrycznej wersji Anabeny taką interpretację, żeby komórki rosły wraz z wiekiem.
|