从零开始物理引擎（三）-前期准备完成-优快云博客

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从零开始物理引擎（二）-界面逻辑优化

Dx11矩阵变换

物理模拟需要物体在一个虚拟的“物理世界”中记录位置，大小，方向，速度等等物理量并进行模拟，如何将“物理世界”中物体借助dx11渲染到屏幕中呢。这里不得不提dx11的矩阵变换。

世界矩阵

这里抛开繁杂的数学推导，网上有很多很好的文章，简单学过线性代数都能看懂。

推荐一个

注意，定义物体在“物理世界”中的位置，采用的是矩阵变换，也就是并不是直接定义物体的位置，而是定义物体“局部坐标系”的位置。即每个物体有一个属于自己的坐标系，也防止了单一物体旋转缩放影响其他物体的问题。

另外，矩阵的变换顺序也很重要，遵循缩放->旋转->平移，具体原理参考：为什么坐标变换的顺序必须是：缩放->旋转->平移

// 世界矩阵
	DirectX::XMMATRIX size = DirectX::XMMatrixScaling(this->m_data->size.x, this->m_data->size.y, this->m_data->size.z);
	DirectX::XMMATRIX rotation = DirectX::XMMatrixRotationRollPitchYaw(this->m_data->rotation.x, this->m_data->rotation.y, this->m_data->rotation.z);
	DirectX::XMMATRIX pos = DirectX::XMMatrixTranslation(this->m_data->pos.x, this->m_data->pos.y, this->m_data->pos.z);
	DirectX::XMMATRIX word = size * rotation * pos;

现在，我们定义出了物体在“物理世界”中的位置，如何将这个物体显示到屏幕中呢。

视图矩阵与投影矩阵

我们可以把渲染类比为拍照。在拍照时，首先需要被拍照的物体，现在我们已经定义了一个物体。接下来需要一个“相机”，它本质也是一个物体，因此具有位置等信息，同时它还具有一个focus，也就是相机的“朝向”。本来还想解释更多的，但词汇量有限-.-，再推荐一篇文章吧（感谢大佬）：视图变换和投影变换矩阵的原理及推导，以及OpenGL，DirectX和Unity的对应矩阵

归根结底，创建一个物体并通过dx11渲染需要经过：世界矩阵->视图矩阵->投影矩阵，三个变换。

void ZDSJ::Camera::calculateProjectionMatrix(float _window_rate)
{
	std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(this->m_shared_mutex);
	delete this->m_projection_matrix;
	// 投影矩阵
	this->m_projection_matrix = new DirectX::XMMATRIX(DirectX::XMMatrixPerspectiveFovLH(this->m_fov / 180.0f * DirectX::XM_PI, _window_rate, this->m_near_plane, this->m_far_plane));

}

void ZDSJ::Camera::calsulateViewMatrix()
{
	std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(this->m_shared_mutex);
	delete this->view_matrix;
	// 视图矩阵
	this->view_matrix = new DirectX::XMMATRIX(DirectX::XMMatrixLookAtLH(DirectX::XMVectorSet(this->m_pos.x, this->m_pos.y, this->m_pos.z, this->m_pos.w), // 摄像机位置  
		DirectX::XMVectorSet(this->m_pos.x, this->m_pos.y, 0.0f, 1.0f),     // 目标点（世界空间原点）  
		DirectX::XMVectorSet(0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f)   // 上方向（y轴）);
	));
}

这里目标点与相机位置的横纵坐标相同，其原因是当前模拟的世界是2维的，如果相机位置与目标位置不同，则相机“观察”到的物体将发生“畸变”，上面那篇文章如果看懂了这里就很好理解了。

DirectX::XMMATRIX matrix = word * ZDSJ::Context::getInstance()->camera()->getCarmeraMatrix();
	// return DirectX::XMMatrixTranspose(matrix * pro);
	return DirectX::XMMatrixTranspose(matrix);

最终矩阵为：世界矩阵*视图矩阵*投影矩阵。

记得矩阵绑定到管线前需要进行转置，将行存储变为列存储。

相机类位于include/Mydx11/Camera.h

控制台

借用imgui库做了个控制台系统

控制台显示部分通过一个环形队列存储需要显示的内容，每次显示时将文本存入环形队列。

控制台命令单独出一个类，每个在控制台中可以控制的数据由数据所有者注册。

例如控制台调整相机位置，由相机类注册。

这种做法虽然将注册分散到各个类中，但相对来说逻辑更清晰。

using HandlerFunc = std::function<bool(std::string& _data)>;
std::unordered_map<std::string, std::unordered_map<std::string, std::pair<std::string, HandlerFunc>>> m_command_handlers;

控制台回调存储方式见上述代码。即<分类(类)，操作(类中可操作数据), 描述(对操作的描述), 回调>

控制台类位于include/ImGuiManager/command.h