LearnOpenGL学习笔记——OpenGL摄像机

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已于 2022-04-23 10:03:02 修改 · 574 阅读

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#c++ #深度学习 #opengl #图形学

于 2021-09-06 00:41:21 首次发布

本文介绍了OpenGL中的摄像机观察空间，包括摄像机位置、方向、向右和向上方向的定义，以及如何构建LookAt矩阵。还提到了欧拉角的概念，用于描述摄像机的俯仰和偏航旋转，并展示了如何根据欧拉角计算方向向量。最后，给出了一个简单的OpenGL程序示例，展示如何应用这些概念来渲染3D场景。

摄像机/观察空间

当我们讨论摄像机的观察空间(Camera/View Space)的时候，是在讨论以摄像机的视角作为场景原点时场景中所有的顶点坐标，通俗来讲，就是眼睛的位置，角度。

要在三维的世界中确定一个摄像机，我们需要定义一下三个属性（为什么是三个不是四个，因为另外一个可以通过叉乘得出）：

摄像机位置
其实是定义在三维世界中的一个点。

	glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f);

摄像机方向
用一个向量表示眼睛/摄像机朝向的方向。也就是z轴的方向。

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

向右方向
我们需要的另一个向量是一个右向量(Right Vector)，它代表摄像机空间的x轴的正方向。为获取右向量我们需要先使用一个小技巧：先定义一个上向量(Up Vector)。接下来把上向量和第二步得到的方向向量进行叉乘。两个向量叉乘的结果会同时垂直于两向量，因此我们会得到指向x轴正方向的那个向量（如果我们交换两个向量叉乘的顺序就会得到相反的指向x轴负方向的向量。

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

向上的方向
在我们已经有了x轴向量和z轴向量，获取一个指向摄像机的正y轴向量就相对简单了：我们把右向量和方向向量进行叉乘：

	glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);

LookAt矩阵

  知道了x，y，z的方向以及摄像机的位置，我们就可以定义LookAt矩阵了。
  R表示右向量
  U是上向量
  D是摄像机的朝向，也就是眼睛看向的位置
  P是摄像机的位置

在这里插入图片描述
们要做的只是定义一个摄像机位置，一个目标位置和一个表示世界空间中的上向量的向量（我们计算右向量使用的那个上向量）。接着GLM就会创建一个LookAt矩阵，我们可以把它当作我们的观察矩阵
那么，我们就可以获取一个观察矩阵：

  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));

一个位置，目标和一个上向量。

OpenGL移动场景

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <stb_image.h>

#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

#include "Shader.h"
#include <iostream>

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow* window);

// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
std::string mainPath = "E:/workhome/learnopengl/";

int main()
{
   
   
    // glfw: initialize and configure
    // ------------------------------
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

#ifdef __APPLE__
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif

    // glfw window creation
    // --------------------
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
   
   
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    // glad: load all OpenGL function pointers
    // ---------------------------------------
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
   
   
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }

    // configure global opengl state
    // -----------------------------
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    // build and compile our shader zprogram
    // ------------------------------------

    std::string vPath = mainPath + "7.1.camera.vs";
    std