LearnOpenGL之摄像机

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已于 2024-08-19 17:23:51 修改 · 961 阅读

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#LearnOpenGL #OpenGL #OpenGL Camera #AndroidOpenGL #OpenGL Look At

于 2024-08-06 18:07:40 首次发布

================================ 前序===============================

AndroidLearnOpenGL是本博主自己实现的LearnOpenGL练习集合：

Github地址：https://github.com/wangyongyao1989/AndroidLearnOpenGL

系列文章：

1、LearnOpenGL之入门基础

2、LearnOpenGL之3D显示

3、LearnOpenGL之摄像机

4、LearnOpenGL之光照

============================== 显示效果 ===============================

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OpenGL本身没有摄像机(Camera)的概念，但我们可以通过把场景中的所有物体往相反方向移动的方式来模拟出摄像机，产生一种我们在移动的感觉，而不是场景在移动。

一、摄像机/观察空间：

当我们讨论摄像机/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：观察矩阵把所有的世界坐标变换为相对于摄像机位置与方向的观察坐标。要定义一个摄像机，我们需要它在世界空间中的位置、观察的方向、一个指向它右侧的向量以及一个指向它上方的向量。细心的读者可能已经注意到我们实际上创建了一个三个单位轴相互垂直的、以摄像机的位置为原点的坐标系。

1、摄像机位置：

获取摄像机位置很简单。摄像机位置简单来说就是世界空间中一个指向摄像机位置的向量。

    glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f);

2、摄像机方向：

摄像机的方向指的是摄像机指向哪个方向，如果将两个矢量相减，我们就能得到这两个矢量的差，用场景原点向量减去摄像机位置向量的结果就是摄像机的指向向量。由于我们知道摄像机指向z轴负方向，但我们希望方向向量(Direction Vector)指向摄像机的z轴正方向。如果我们交换相减的顺序，我们就会获得一个指向摄像机正z轴方向的向量：

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

3、右轴：

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));

4、上轴：

现在我们已经有了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);

5、Look At：

使用矩阵的好处之一是如果你使用3个相互垂直（或非线性）的轴定义了一个坐标空间，你可以用这3个轴外加一个平移向量来创建一个矩阵，并且你可以用这个矩阵乘以任何向量来将其变换到那个坐标空间。这正是LookAt矩阵所做的，现在我们有了3个相互垂直的轴和一个定义摄像机空间的位置坐标，我们可以创建我们自己的LookAt矩阵了：