轉一篇講camera的 mb好多年不搞3d 都忘光了 - rexzhao－IT工程師數位筆記本

文章出處

Camera定義

游戲中，Camera用來向用戶展示場景，Camera就像一個攝像機，攝像機里面的景象就是Camera的展示范圍，如下圖所示：

在3D空間中Camera被定義為一個位置，有一個單位“方向”向量和一個“向上”的單位向量組成，方向和向上向量告訴OpenGL 當前Camera如何定向。

視景體

Camera的另一個重要特性是視覺平截體(View Frustrum)，在上面的圖片中可以看到一個被砍去頂尖的角錐體，這就是一個視覺平截體，所以視覺平截體內部的東西都可以在屏幕上看到，視覺平截體被六個剖面確定，near、far、left、right、top、bottom。near剖面還有一個特殊的性質：你可以認為它是相機照出的照片中的平面。這個由3D轉換為2D的過程，稱為投影，通常有兩種投影：orthographic projection(正交投影) 和 perspective projection(透視投影、中心投影)，正交投影在2D的圖形中經常使用，無論物體離camera遠近，物體在屏幕上的大小始終一樣。透視投影是現實世界中的成像原理：物體離眼睛越遠，物體的就越小。不同的投射類型就是改變視景體的形狀，透視投影的視覺平截體形狀就是上圖的角錐體形狀，正交投影的視覺平截體是一個長方體，投影的過程簡單來說：對于物體上的每一個點，計算這個點到camera之間的連線是否與near剖面相交。下圖是正交投影與透視投影的圖片示例：

由此可以看出為什么在透視投影下，屏幕上越遠的物體會越小，而正交投影下，物體保持大小不變。OpenGL一般使用3D空間展示，無論你是繪圖還是輸出字符串，當你使用正交投影時，可以假設z軸不存在，下圖就是一個2D精靈在3D空間中的樣子：

因此，在這里可以忽略2D和3D的不同之處，下圖是一個在未設置任何矩陣(matrix)下使用SpriteBatch繪圖的正交視景體

我們所做的就是讓我們的精靈在x/y平面上移動，忽略z軸，保持我們一直工作在2D空間的假象

透視投影使用兩個屬性來定義它的投影規則：廣角和縱橫比(長寬比)，廣角是一個角度值，用來定義視場有多大”開口“，如下圖

縱橫比是視口的寬度和高度比。視口是一個長方形，即camera用來進行渲染圖像的地方，一個480*320像素的窗口，它的縱橫比是480/320。

Camera相關類

Camera：基礎類

OrthographicCamera：正交Camera 繼承自Camera

PerspectiveCamera：投影Camera繼承在Camera

首先看Camera類

Java代碼

public abstract class Camera {
public final Vector3 position = new Vector3();
public final Vector3 direction = new Vector3(0, 0, -1);
public final Vector3 up = new Vector3(0, 1, 0);

三個公共成員分別是Camera的位置、方向、up向量，采用的是默認屬性，因此camera默認位于原點，z軸默認朝上。

Java代碼

public final Matrix4 projection = new Matrix4();
public final Matrix4 view = new Matrix4();
public final Matrix4 combined = new Matrix4();
public final Matrix4 invProjectionView = new Matrix4();

這是一系列的在OpenGL ES 2.0中用到的矩陣，前兩個是投影和模型視圖矩陣，第三個是前兩個的結合，第四個是第三個的翻轉，經常用來做提取登時，這些都不會經常使用到

Java代碼

public float near = 1;
public float far = 100;
public float viewportWidth = 0;
public float viewportHeight = 0;

這是near和far剖面距離camera的距離，以及視口的寬度和高度，near和far必須遵循0<=near<far的公式。默認情況情況下near剖面距離camera是1個單位，對于正交投影，near經常設置為0，width和height用來計算透視投影的縱橫比或者正交投影的視景體長方體

Java代碼

public final Frustum frustum = new Frustum();

最后的成員是Frustum，有6個平面組成，Frustum可以用來進行裁剪：檢測一個物體是否在Frustum內，如果不在則不繪制它。Frustum有一些的方法用來檢測一個盒子、球體或者一個點是否在Frustum中。

Java代碼

public abstract void update();
public void apply(GL10 gl);

這是兩個常用方法，update方法用來重新計算camera的舉證，當camera的屬性發生改變時進行調用。apply方法用來設置camera的GL_PROJECTION或者GL_MODELVIEW矩陣，不過這個方法在OpenGL ES 2.0上不可用。

Java代碼

public void unproject(Vector3 vec);
public void project(Vector3 vec);
public Ray getPickRay(float x, float y);

最后是幾個你可能用到額高級方法。unproject方法用來從屏幕坐標中取得一個點，并產生這個點的三位坐標。與原有類的OrthographicCamera.screenToWorld()左右相同，也等同于gluUnproject方法。x、y坐標是可觸坐標，參數中的z坐標是個0和1之間的值，0表示點位于near平面，1表示點位于far平面；

project方法正好相反，從3D世界中取得一個點，并轉換成屏幕上的2d點；

getPickRay方法會返回一個直線，可以想象成3D世界中，從camera位置到x、y的一條直線，用來檢測這個直線是否與其他圖形或者物體接觸到。

Java代碼

public class OrthographicCamera extends Camera {
public float zoom = 1;
public OrthographicCamera(float viewportWidth, float viewportHeight);

OrthographicCamera有一個額外成員zoom用來定義縮放因子。構造參數定義了camera的視口width和高度，如果想要最佳的利用機器像素，只需要在這里定義GRaphics.getWidth()/getHeight()，也可以使用不同的單位，比如厘米。

Java代碼

public class PerspectiveCamera extends Camera {
public float fieldOfView = 67;
public PerspectiveCamera(float fieldOfView, float viewportWidth, float viewportHeight);