OpenGL基礎14：攝像機

 

很可惜，openGL沒有攝像機的概念

一、攝像機

我們當然需要想辦法模擬出一個攝像機，也就是玩家的視角，在前面這一章：第一個正方體，我們僅將“攝像機”往z軸正方向移動了3個單位，並且正對着(0, 0, 0)，但是大部分的情況下，類似於我們處於一個3D場景中，攝像機的視角都是從上斜向下的，這個時候若想要計算攝像機的位置和方向信息，就是需要一定的運算了

既然攝像機如此重要，我們當然需要知道它的很多信息，包括：

1. 攝像機位置
2. 觀察方向（攝像機z軸）
3. 垂直於觀察方向，指向攝像機右側的向量（攝像機x軸）
4. 垂直於觀察方向，指向攝像機正上方的向量（攝像機y軸）

對於①：必定是你來確定，又或者由輸入確定（通過移動鼠標調整視角等），對於②：只要將攝像機的座標減去焦點的座標就可以了，在遊戲中，這個焦點往往是玩家自己的世界座標，而這裏我們就當作是原點（經過如此計算得出來的這個向量理論是攝像機z軸的負方向）

glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
glm::vec3 cameraDirection = glm::normalize(cameraPos - cameraTarget);

對於③④，如果你對施密特正交化比較瞭解，那麼應該就很容易通過公式得出對應的向量，不瞭解也沒有關係，想要得到③的向量，我們只需要將y軸正方向向量(0, 1, 0)和攝像機z軸向量叉乘就可以，這個向量必定同時垂直於前兩者，至於是x軸正方向還是負方向取決與叉乘的順序，可以用右手定則得出，④同理

glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f); 
glm::vec3 cameraRight = glm::normalize(glm::cross(up, cameraDirection));
glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);

 

二、LookAt矩陣

有了上面的所有信息後，我們就可以計算出攝像機的觀察矩陣了

可以發現，上面的②③④向量相互垂直，它們構成了一個全新的向量空間，這樣的話，我們只需要再有一個平移向量就可以輕鬆的創建一個矩陣，後面對於每一個頂點，我們只需要用這個矩陣乘以它就能將其變換到對應觀察空間，這便是LootAt矩陣：

其中 爲右向量， 爲上向量， 爲方向向量， 爲攝像機位置向量

• 對於位置向量要取反，這個在上一章也提到過，因爲我們文中講述的都是攝像機的相對位置，而我們實際需要操作的卻是物體的相對位置

glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f), 
  		   glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), 
  		   glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));

用如上的方法，就可以直接創建一個LookAt矩陣，其中傳入的第一個參數爲攝像機位置，第二個參數爲目標位置，第三個參數爲你所描述的世界空間的上向量（就是上面的(0, 1, 0)了）

 

三、測試

上一章我們通過讓箱子自轉來讓我們能看到箱子所有的六個面，現在我們可以嘗試讓攝像機圍繞着箱子轉：

相對上一章的代碼，改動如下：

glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
model = glm::rotate(model, glm::radians(57.0f), glm::vec3(-0.5f, 1.0f, 0.0f));
view = glm::lookAt(glm::vec3(camX, 0.0f, camZ), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (GLfloat)WIDTH / (GLfloat)HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
GLint modelLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "model");
GLint viewLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "view");
GLint projLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "projection");
glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
glUniformMatrix4fv(viewLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
glUniformMatrix4fv(projLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));

看上去貌似沒有什麼區別，但是這個物體其實是靜止的，是我們觀察者的位置在改變