[LMS] 場面設定ファイルの記述方法

場面設定ファイルは次のように記述します。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Scene 
  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
  xsi:noNamespaceSchemaLocation="../../Config/Scene/Scene.xsd">

  <Floor Length="1.0" Width="1.0" 
    GifFilename="scenario/example/floor.gif" />

  <Lights>
    <SpotLight 
      PositionX="-0.5" PositionY="0.5" PositionZ="1"          
      DirectionX="0.5" DirectionY="-.5" DirectionZ="-1"          
      Concentration="40" SpreadAngle="3" 
      Red="220" Green="50" Blue="50" />
    <SpotLight 
      PositionX="0" PositionY="0" PositionZ="2"          
      DirectionX="0" DirectionY="0" DirectionZ="-1"          
      Concentration="100" SpreadAngle="30" 
      Red="150" Green="150" Blue="150" />
  </Lights>
  
  <StaticObjects>
    <WorldObject>
      <ParentTransformGroup 
        Value11="1" Value12="0" Value13="0" Value14="0" 
        Value21="0" Value22="1" Value23="0" Value24="0" 
        Value31="0" Value32="0" Value33="1" Value34="0" 
        Value41="0" Value42="0" Value43="0" Value44="1"> 
        <ChildTransformGroup 
           Value11="1" Value12="0" Value13="0" Value14="0" 
           Value21="0" Value22="1" Value23="0" Value24="0" 
           Value31="0" Value32="0" Value33="1" Value34="0" 
           Value41="0" Value42="0" Value43="0" Value44="1">
           <Box 
             Width="0.12" Length="0.08" Height="0.10" 
             Red="200" Green="200" Blue="0" /> 
        </ChildTransformGroup>
      </ParentTransformGroup>
    </WorldObject>
  </StaticObjects>

  <Cameras>
    <Camera name="Camera 0">
      <TransformGroup 
        Value11="0.8338244" Value12="0.12909822" Value13="-0.53672206"          
        Value14="-1.4949298" Value21="-0.529671" Value22="0.4610073"          
        Value23="-0.71198374" Value24="-2.0976896" Value31="0.15551695"          
        Value32="0.87795556" Value33="0.45277873" Value34="1.1544305"          
        Value41="0.0" Value42="0.0" Value43="0.0" Value44="1.0" />
    </Camera>
  </Cameras>

</Scene>

Floor 要素

  <Floor Length="1.0" Width="1.0" 
    GifFilename="scenario/example/floor.gif" />

床画像を設定します。例えば、ライントレースをシミュレートする場合はラインの描かれた画像を用意します。

Length 属性

床の縦方向の長さを指定します。単位はメートルです。例えば、1.0と指定した場合は、1.0メートルとなります。

Width 属性

床の横方向の長さを指定します。単位は Length 属性と同じです。

GifFilename 属性

床画像のパスを指定します。パスは、LMS がインストールされたディレクトリからの相対パスです。「Gif」Filename という名前ですが、GIF 形式の他に、PNG 形式や JPEG 形式の画像も使えます。画像の大きさは、縦横ともにピクセル数が2の倍数でなければなりません。

光センサーで読み取った床の明るさは、床画像の明るさと等しくなります。しかし、現実には完全に白い紙はありませんし、マインドストーム本体などが床に影を落とします。シミュレータと現実とではまずこの部分で大きな違いが出てきます。

Lights 要素

  <Lights>
    <SpotLight 
      PositionX="-0.5" PositionY="0.5" PositionZ="1"          
      DirectionX="0.5" DirectionY="-.5" DirectionZ="-1"          
      Concentration="40" SpreadAngle="3" 
      Red="220" Green="50" Blue="50" />
    <SpotLight 
      PositionX="0" PositionY="0" PositionZ="2"          
      DirectionX="0" DirectionY="0" DirectionZ="-1"          
      Concentration="100" SpreadAngle="30" 
      Red="150" Green="150" Blue="150" />
  </Lights>

光源を設定します。とりあえずは、上の例の通りで十分です。

ひとつひとつの光源は、SpotLight 要素で指定します。

PositionX, PositionY, PositionZ 属性

光源の位置を設定します。床の中心が原点です。x は右方向、yは上方向、zは手前方向に向かって増大します。単位はメートルです。例えば、「PositionX="0.5" PositionY="0.5" PositionZ="1.0"」の場合は、右上の隅の1m上に光源を置くことになります。

DirectionX, DirectionY, DirectionZ 属性

光源の発する光の方向を指定します。例えば、手前から奥の方向に照らす場合は、DirectionZ 属性を -1.0 に設定します。PositionX, PositionY, PositionZ に対応する属性に、正負を逆転した値を指定すれば、床の中心を照らす光になります。

Concentration 属性

光の強さを百分率で指定します。

SpreadAngle 属性

光の広がり具合を角度で指定します。

Red, Green, Blue 属性

光の色を指定します。各属性は0～255までの値で、大きな値ほど色が濃くなります。光の色を指定する属性ですが、色料の三原色に基づいて指定します。

SpotLight 属性を並べれば、複数の光源を配置することができます。

StaticObjects 要素

  <StaticObjects>
    <WorldObject>
      <ParentTransformGroup 
        Value11="1" Value12="0" Value13="0" Value14="0" 
        Value21="0" Value22="1" Value23="0" Value24="0" 
        Value31="0" Value32="0" Value33="1" Value34="0" 
        Value41="0" Value42="0" Value43="0" Value44="1"> 
        <ChildTransformGroup 
           Value11="1" Value12="0" Value13="0" Value14="0" 
           Value21="0" Value22="1" Value23="0" Value24="0" 
           Value31="0" Value32="0" Value33="1" Value34="0" 
           Value41="0" Value42="0" Value43="0" Value44="1">
           <Box 
             Width="0.12" Length="0.08" Height="0.10" 
             Red="200" Green="200" Blue="0" /> 
        </ChildTransformGroup>
      </ParentTransformGroup>
    </WorldObject>
  </StaticObjects>

物体を配置します。個々の物体は、WorldObject 要素で指定します。

WorldObject 要素内には、ParentTransformGroup 要素を記述し、その要素内には ChildTransformGroup 要素を記述します。そして、ChildTransformGroup 要素内に Box 要素を指定することで、物体を配置できます。

ParentTransformGroup 要素や ChildTransformGroup 要素では、物体の配置する位置を指定します。そのうち、ParentTransformGroup 要素は場面全体から見た物体の位置（ワールド座標）を、ChildTransformGroup 要素は物体を中心に見た位置（ローカル座標）を指定します。

ParentTransformGroup 要素と ChildTransformGroup 要素は属性が共通しています。それぞれの属性は、変換行列の要素を表します。

Value11	Value12	Value13	Value14
Value21	Value22	Value23	Value24
Value31	Value32	Value33	Value34
Value41	Value42	Value43	Value44

何も変換を行わない、つまり、中心に物体を配置する場合は次のような変換行列になります。

Value11 = 1	Value12 = 0	Value13 = 0	Value14 = 0
Value21 = 0	Value22 = 1	Value23 = 0	Value24 = 0
Value31 = 0	Value32 = 0	Value33 = 1	Value34 = 0
Value41 = 0	Value42 = 0	Value43 = 0	Value44 = 1

例えば、x, y, z 軸に沿った移動は、Value14, Value24, Value34 の値を変えることで行います。

Value11 = 1	Value12 = 0	Value13 = 0	Value14 = dx
Value21 = 0	Value22 = 1	Value23 = 0	Value24 = dy
Value31 = 0	Value32 = 0	Value33 = 1	Value34 = dz
Value41 = 0	Value42 = 0	Value43 = 0	Value44 = 1

ここで、dx, dy, dz は、メートル単位で指定します。

物体を回転させるには、以下の要素（回転行列R）を変更します。

Value11	Value12	Value13
Value21	Value22	Value23
Value31	Value32	Value33

x軸上の回転行列（RX）

Value11 = 1	Value12 = 0	Value13 = 0
Value21 = 0	Value22 = cosφ	Value23 = -sinφ
Value31 = 0	Value32 = sinφ	Value33 = cosφ

y軸上の回転行列（RY）

Value11 = cosφ	Value12 = 0	Value13 = sinφ
Value21 = 0	Value22 = 1	Value23 = 0
Value31 = -sinφ	Value32 = 0	Value33 = cosφ

z軸上の回転行列（RZ）

Value11 = cosφ	Value12 = -sinφ	Value13 = 0
Value21 = sinφ	Value22 = cosφ	Value23 = 0
Value31 = 0	Value32 = 0	Value33 = 1

各軸上の回転を合成するには、合成したい回転行列同士を乗じます。例えば、x 軸上の回転と y 軸上の回転を合成するには、R = RX × RY とします。

（；^ω^）行列演算をしないといけないので、ここらへんの設定は結構面倒です。

Box 要素では、物体の大きさなどを指定します。

Width 属性

物体の表面の横幅です。メートル単位です。

Height 属性

物体の高さです。単位は Width 属性と同じです。

Length 属性

物体の表面の縦幅です。単位は Width 属性と同じです。

Red, Green, Blue 属性

物体の色です。Light 要素の属性と同じです。

ChildTransformGroup 要素は複数並べることができます。そのため、複雑な形状の物体も定義することができます。

物体を置かない場合は、次のように StaticObjects 要素を定義します。

  <StaticObjects> </StaticObjects>

Cameras 要素

  <Cameras>
    <Camera name="Camera 0">
      <TransformGroup 
        Value11="0.8338244" Value12="0.12909822" Value13="-0.53672206"          
        Value14="-1.4949298" Value21="-0.529671" Value22="0.4610073"          
        Value23="-0.71198374" Value24="-2.0976896" Value31="0.15551695"          
        Value32="0.87795556" Value33="0.45277873" Value34="1.1544305"          
        Value41="0.0" Value42="0.0" Value43="0.0" Value44="1.0" />
    </Camera>
  </Cameras>

画面に場面を映すためのカメラを配置します。カメラは複数は位置することができ、LMS のメニューから切り替えることができます。とりあえずは、上の例の通りで十分です。

個々のカメラは、Camera 要素で定義します。name 属性で、カメラの名前を設定します。

Camera 要素では、TransformGroup 要素を定義することでカメラの位置を設定します。その属性は、StaticObjects 要素の ParentTransformGroup 要素や ChildTransformGroup 要素と同様です。ただし、回転行列R に次の行列Sを乗じる（R × S）と、カメラをズームすることができます。

Value11 = z	Value12 = 0	Value13 = 0
Value21 = 0	Value22 = z	Value23 = 0
Value31 = 0	Value32 = 0	Value33 = z

z は、ズームする倍率です。

参考文献

• Lego Mindstorms Simulator Creating LMS Scenes 上の例はここにある例に少し手を加えたものです。