3D Camera一点介绍

原文链接:http://www.badlogicgames.com/wordpress/?p=1550

 

Camera是通过在3D空间中的位置定义的， 方向由指向特定方位的单位向量组成。想象一个箭头从你的头顶指向天空，这个就是指向上的方向向量。同样的，把你的头指向左边和右边。你能想象出方向的改变吗？ 方向向量（direction vector）能够让我们告诉OpenGL 如何设置Camera的方位。而位置向量(position vector)则定义了Camera 在3D世界中的位置。

位置和方位只是Camera其中的一部分。Camera 另个一重要的属性就是视锥（view frustum）。在上面的图片中，可以看到一个椎体在视点（图中眼睛的位置）被截去了顶端，这个就是视椎。所有在这个截头锥体（frustum）里面的东西都会被显示在屏幕上。这个截头锥体被6个切面（clipping planes）所定义，分别为:near, far, left, right, top and bottom。在上面的图片中的所看到截头锥体只是整个椎体的一侧。对于近切面它有一个特殊的作用:你可以把它想象成一个Camera 生成图画的表面(surface),这个把3D空间转换为2D平面过程，称为投影(projection)。

正交投影(Orthographic projection) 通常被用于2D图形。不管物体距离Camera有多远，在屏幕都会被显示成一样的大小。

而透视投影(Perspective projection)是真实世界中的投影：距离我们眼睛越远的物体，看起来会越小。

这种有趣的现象，在我们Camera属性中，其实就是改变视椎的形状。在透视投影中，视椎就像上面图片中的一样；而在正交投影中，视锥其实是一个盒子。真正的投影过程其实非常简单：对于物体上的每个点，我们画一条线连接至Camera的位置，并计算出哪里触碰到视锥的近切面。下面的图片展示了两种投影的原理:

                            透视投影                                                                正交投影

(绿色的部分就是看到的投影后的物体)

你可以看出在透视投影中，物体在投影后缩小了，而在正交投影中物体的尺寸并没有改变，你知道这是为什么吗？ 没错，造成这种差异的就是视锥的形状！在OpenGL里不管你用的是SpriteBatch还是绘制一些字体，你永远都是在3D的世界中。技巧就在于，当你使用正交相机(orthographic camera)时，你就假装Z-axis并不存在。下面是一个在3D空间中的2DSprite:

 

  

所以请忘记2D 与 3D 的区别吧。其实它们没有区别。当你通过SpirteBatch绘制图形，并且没有设置任何的矩阵(matrices)时，那么你的2D 视锥就像下面的图片所示的那样:

 

 

就是一个简单的盒子！我们所有的Sprite都忽略了z-axis，只在X/Y平面上移动，从而产生好像在2D空间中的错觉。

透视相机（perspective camera）使用两个属性来定义自身的投影: 视野（the field of view） 和 宽高比（aspect ratio）。

视野其实是一个定义 视锥应该开多大的角度,如下右图:

而宽高比就是视窗(viewport)的宽度和高度的比值。 视窗就是Camera渲染图像的矩形区域(如上左图)。所以如果的屏幕分辨率为480*320 pixels，那么你的宽高比就是 480/320。

 

对于正交相机（orthographic camera）的投影仅仅就是由视窗的尺寸所决定，就像之前的图片所表示那样（看上去像个盒子那张）。