Bigworld Camera解释

### Bigworld Camera设计详解 #### 一、Bigworld Camera概述 在三维图形渲染技术中，Bigworld Camera的设计是实现高质量视觉效果的关键因素之一。本文旨在深入解析Bigworld Camera的工作原理及其在Bigworld引擎中的实现方式。 #### 二、Bigworld Camera基础知识 在3D图形学中，将任何物体的位置变换至屏幕上的过程可以简化为以下三个步骤： 1. **模型变换**（Model Transformation）：定义物体在其局部坐标系中的位置和姿态。 2. **视图变换**（View Transformation）：将模型变换后的物体移动到摄像机的位置，并将其朝向摄像机的方向。 3. **投影变换**（Projection Transformation）：将视图空间中的物体投影到二维平面上，以便最终显示在屏幕上。 #### 三、Bigworld Camera的核心概念 ##### 1. 模型矩阵（Model Matrix） 模型矩阵负责描述模型在其局部坐标系中的位置、旋转和缩放。例如，一个立方体放置在世界坐标系中的位置可以通过一个模型矩阵表示，如 `(5.0f, 0.0f, 6.0f)`。 ##### 2. 视图矩阵（View Matrix） 视图矩阵用来描述从摄像机视角看到的世界。它是由摄像机的位置（Eye Point）、观察点（Look At Point）以及一个参考的向上方向（Up Vector）共同决定的。具体来说： - **摄像机位置**（Eye Point）：摄像机的位置坐标，如 `VEyePt(0.0f, 3.0f, 5.0f)`。 - **观察点**（Look At Point）：摄像机正对的目标点坐标，如 `VlookAt(5.0f, 0.0f, 6.0f)`。 - **向上方向**（Up Vector）：定义“向上”的方向，通常为 `VUp(0.0f, 1.0f, 0.0f)`。 通过这些信息，可以构建出摄像机坐标系，并计算出视图矩阵。其中，坐标系的轴向计算公式如下： - **Z轴**：`Zaxis = Normal(VEyePt - VlookAt)` —— 表示从摄像机指向观察点的方向。 - **X轴**：`Xaxis = Normal(Cross(Zaxis, Vup))` —— 表示通过Z轴和向上方向的叉乘得到。 - **Y轴**：`Yaxis = Cross(Zaxis, Xaxis)` —— 表示通过Z轴和X轴的叉乘得到。 视图矩阵的构成形式如下所示： ``` | Xaxis.x Yaxis.x Zaxis.x 0 | | Xaxis.y Yaxis.y Zaxis.y 0 | | Xaxis.z Yaxis.z Zaxis.z 0 | | -dot(Xaxis, eye) -dot(Yaxis, eye) -dot(Zaxis, eye) 1 | ``` 当得到视图矩阵后，将其与模型矩阵相乘，即可将模型变换到摄像机空间中。 ##### 3. 投影矩阵（Projection Matrix） 投影矩阵用于将三维空间中的物体投影到二维平面上，常见的投影方式包括透视投影和平行投影。在Bigworld中，投影矩阵的计算依赖于摄像机的近截面、远截面和视野角度（Field of View, FOV）等参数。 #### 四、Bigworld Camera的类型 Bigworld支持多种类型的摄像机，以适应不同的场景需求： 1. **光标摄像机**（Cursor Camera）：最常见的一种摄像机类型，常用于大型多人在线游戏（MMO），用户可通过鼠标控制摄像机的视角。 2. **自由摄像机**（Free Camera）：允许用户通过键盘和鼠标自由地调整摄像机的位置和方向。 3. **曲线摄像机**（Curve Camera）：尚未详细介绍其具体实现细节。 所有这些摄像机都继承自一个抽象基类 `BaseCamera`。 #### 五、BaseCamera类 `BaseCamera` 是一个抽象类，无法直接实例化。它的主要职责包括： - 完成空间的简单裁剪。 - 提供获取视图矩阵及其逆矩阵的方法。 - 配合 `RenderContext` 使用。 `BaseCamera` 的主要属性包括： - `Matrix view_;` —— 视图矩阵。 - `Matrix invView_;` —— 视图矩阵的逆矩阵。 - `SpaceID spaceID_;` —— 所属空间的ID。 - `static bool checkCameraTooClose_;` —— 标记是否进行空间裁剪检查。 此外，`BaseCamera` 还提供了以下方法： - `virtual bool handleKeyEvent(const KeyEvent& event);` - `virtual bool handleMouseEvent(const MouseEvent& event);` - `void set(const SmartPointer<MatrixProvider>& pMP);` - `virtual void set(const Matrix& viewMatrix) = 0;` - `virtual void update(float dTime) = 0;` - `void render();` 这些方法分别用于处理输入事件、设置视图矩阵、每帧更新视图矩阵等操作。 #### 六、结论 Bigworld Camera的设计涵盖了从模型变换、视图变换到投影变换的整个过程，通过对不同类型的摄像机的支持以及对 `BaseCamera` 类的定义，为开发者提供了灵活多样的摄像机管理机制，从而能够更好地满足不同类型游戏的需求。通过对这些概念和技术的理解，开发者可以更高效地利用Bigworld引擎来创建高质量的三维图形应用程序。