Learn OpenGL 07 摄像机

news2024/12/23 13:14:58

定义摄像机参数

        glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f);//摄像机位置
        glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glm::vec3 cameraDirection = glm::normalize(cameraPos - cameraTarget);//摄像机方向,指向z轴正方向 
        glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glm::vec3 cameraRight = glm::normalize(glm::cross(up, cameraDirection));//摄像机右方向
        glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);//上方向

构建View矩阵

这里可以参考Games101的MVP变换那一节

视图变换要做的内容就是把相机放到正确的位置和角度上,但其实变换矩阵都是对模型进行变换,因为如果对模型进行视图变换以后,相机也就在正确的位置上了。

这里就是相机移动到原点,g指向-z,t指向y等等。因为正着构建矩阵很困难,所以可以先求矩阵的逆变换。

分别将X(1,0,0,0),Y,Z轴带入可以发现都符合

也就是这样

        glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f);//摄像机位置
        glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
        glm::vec3 cameraDirection = glm::normalize(cameraPos - cameraTarget);//摄像机方向,指向z轴正方向 
        glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glm::vec3 cameraRight = glm::normalize(glm::cross(up, cameraDirection));//摄像机右方向
        glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);//上方向

        glm::mat4 view;

        view = glm::lookAt(cameraPos, cameraPos + cameraFront, cameraUp);

自由移动摄像机

需要在按键检测函数里加上对应按键发生的时候对应的函数

    float cameraSpeed = 0.05f; // adjust accordingly
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
        cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
        cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
        cameraPos -= glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
        cameraPos += glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;

转换欧拉角

对于我们的摄像机系统来说,我们只关心俯仰角和偏航角,所以我们不会讨论滚转角。给定一个俯仰角和偏航角,我们可以把它们转换为一个代表新的方向向量的3D向量。

如果我们想象自己在xz平面上,看向y轴,我们可以基于第一个三角形计算来计算它的长度/y方向的强度(Strength)(我们往上或往下看多少)。从图中我们可以看到对于一个给定俯仰角的y值等于sin θ:

direction.y = sin(glm::radians(pitch)); // 注意我们先把角度转为弧度

这里我们只更新了y值,仔细观察x和z分量也被影响了。从三角形中我们可以看到它们的值等于:

direction.x = cos(glm::radians(pitch));
direction.z = cos(glm::radians(pitch));

看看我们是否能够为偏航角找到需要的分量:

就像俯仰角的三角形一样,我们可以看到x分量取决于cos(yaw)的值,z值同样取决于偏航角的正弦值。把这个加到前面的值中,会得到基于俯仰角和偏航角的方向向量:

direction.x = cos(glm::radians(pitch)) * cos(glm::radians(yaw)); // 译注:direction代表摄像机的前轴(Front),这个前轴是和本文第一幅图片的第二个摄像机的方向向量是相反的
direction.y = sin(glm::radians(pitch));
direction.z = cos(glm::radians(pitch)) * sin(glm::radians(yaw));

这样我们就有了一个可以把俯仰角和偏航角转化为用来自由旋转视角的摄像机的3维方向向量了。

鼠标输入与缩放

分别设置鼠标移动和滚轮滑动的回调函数就可以了

可以先设置这个函数隐藏光标

    glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);//隐藏光标

设置两个回调函数

void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos)
{
    if (firstMouse)
    {
        lastX = xpos;
        lastY = ypos;
        firstMouse = false;
    }

    float xoffset = xpos - lastX;
    float yoffset = lastY - ypos;
    lastX = xpos;
    lastY = ypos;

    float sensitivity = 0.03;
    xoffset *= sensitivity;
    yoffset *= sensitivity;

    yaw += xoffset;
    pitch += yoffset;

    if (pitch > 89.0f)
        pitch = 89.0f;
    if (pitch < -89.0f)
        pitch = -89.0f;

    glm::vec3 front;
    front.x = cos(glm::radians(yaw)) * cos(glm::radians(pitch));
    front.y = sin(glm::radians(pitch));
    front.z = sin(glm::radians(yaw)) * cos(glm::radians(pitch));
    cameraFront = glm::normalize(front);
}

void scroll_callbacks(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset)
{
    if (fov >= 1.0f && fov <= 45.0f)
        fov -= yoffset;
    if (fov <= 1.0f)
        fov = 1.0f;
    if (fov >= 45.0f)
        fov = 45.0f;
}

要到前面注册回调函数 

    glfwSetScrollCallback(window, scroll_callbacks);//注册回调函数
    glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);

实现摄像机类

因为每个场景都一定会需要一个摄像机,所以将摄像机类分离出来是个很有必要的事情,方便以后重复使用。直接创建一个摄像机类,它会自动生成一个camera.h文件和camera.cpp文件

camera.h

#pragma once

#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <GLFW/glfw3.h>

// Defines several possible options for camera movement. Used as abstraction to stay away from window-system specific input methods
enum Camera_Movement {
	FORWARD,
	BACKWARD,
	LEFT,
	RIGHT
};

// Default camera values
const float YAW = -90.0f;
const float PITCH = 0.0f;
const float SPEED = 2.5f;
const float SENSITIVITY = 0.1f;
const float ZOOM = 45.0f;

class Camera
{
public:
	// camera Attributes
	glm::vec3 Position;	//摄影机位置
	glm::vec3 Front;	//Forward 摄影机的“方向”(一个和朝向相反的向量)
	glm::vec3 Up;	//摄影机的上方向
	glm::vec3 Right;
	glm::vec3 WorldUp;	//世界的上方向
	// euler Angles
	float Yaw;//偏航角
	float Pitch;//俯仰角
	// camera options
	float MovementSpeed;
	float MouseSensitivity;
	float Zoom;//FOV

	// constructor with vectors
	Camera(glm::vec3 position = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f), float yaw = YAW, float pitch = PITCH);
	Camera(float posX, float posY, float posZ, float upX, float upY, float upZ, float yaw, float pitch);

	glm::mat4 GetViewMatrix();
	void ProcessKeyboard(Camera_Movement direction, float deltaTime);//按键检测函数
	void ProcessMouseMovement(float xoffset, float yoffset, GLboolean constrainPitch = true);//鼠标移动检测函数
	void ProcessMouseScroll(float yoffset);//滚轮移动函数

private:
	// calculates the front vector from the Camera's (updated) Euler Angles
	void updateCameraVectors();//通过欧拉角更新摄像机位置

};

Camera.cpp

#include "Camera.h"

Camera::Camera(glm::vec3 position, glm::vec3 up, float yaw, float pitch)
    : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
{
    Position = position;
    WorldUp = up;
    Yaw = yaw;
    Pitch = pitch;
    updateCameraVectors();
}

Camera::Camera(float posX, float posY, float posZ, float upX, float upY, float upZ, float yaw, float pitch)
    : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
{
    Position = glm::vec3(posX, posY, posZ);
    WorldUp = glm::vec3(upX, upY, upZ);
    Yaw = yaw;
    Pitch = pitch;
    updateCameraVectors();
}

// returns the view matrix calculated using Euler Angles and the LookAt Matrix
glm::mat4 Camera::GetViewMatrix()
{
    return glm::lookAt(Position, Position + Front, Up);
}

// processes input received from any keyboard-like input system. Accepts input parameter in the form of camera defined ENUM (to abstract it from windowing systems)
void Camera::ProcessKeyboard(Camera_Movement direction, float deltaTime)
{
    float velocity = MovementSpeed * deltaTime;
    if (direction == FORWARD)
        Position += Front * velocity;
    if (direction == BACKWARD)
        Position -= Front * velocity;
    if (direction == LEFT)
        Position -= Right * velocity;
    if (direction == RIGHT)
        Position += Right * velocity;
}

// processes input received from a mouse input system. Expects the offset value in both the x and y direction.
void Camera::ProcessMouseMovement(float xoffset, float yoffset, GLboolean constrainPitch )
{
    xoffset *= MouseSensitivity;
    yoffset *= MouseSensitivity;

    Yaw += xoffset;
    Pitch += yoffset;

    // make sure that when pitch is out of bounds, screen doesn't get flipped
    if (constrainPitch)
    { 
        if (Pitch > 89.0f)
            Pitch = 89.0f;
        if (Pitch < -89.0f)
            Pitch = -89.0f;
    }
    //std::cout<<

    // update Front, Right and Up Vectors using the updated Euler angles
    updateCameraVectors();
}

// processes input received from a mouse scroll-wheel event. Only requires input on the vertical wheel-axis
void Camera::ProcessMouseScroll(float yoffset)
{
    Zoom -= (float)yoffset;
    if (Zoom < 1.0f)
        Zoom = 1.0f;
    if (Zoom > 45.0f)
        Zoom = 45.0f;
}

void Camera::updateCameraVectors()
{
    // calculate the new Front vector
    glm::vec3 front;
    front.x = cos(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
    front.y = sin(glm::radians(Pitch));
    front.z = sin(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
    Front = glm::normalize(front);
    // also re-calculate the Right and Up vector
    Right = glm::normalize(glm::cross(Front, WorldUp));  // normalize the vectors, because their length gets closer to 0 the more you look up or down which results in slower movement.
    Up = glm::normalize(glm::cross(Right, Front));
}

大功告成,注意在main函数里对应的变量也需要修改,然后main.cpp里原来声明的定义相机的变量就可以删掉了

练习

  • 看看你是否能够修改摄像机类,使得其能够变成一个真正的FPS摄像机(也就是说不能够随意飞行);你只能够呆在xz平面上:参考解答

  • 只需要最后将y值永远设置在平面上就可以

void Camera::ProcessKeyboard(Camera_Movement direction, float deltaTime)
{
    float velocity = MovementSpeed * deltaTime;
    if (direction == FORWARD)
        Position += Front * velocity;
    if (direction == BACKWARD)
        Position -= Front * velocity;
    if (direction == LEFT)
        Position -= Right * velocity;
    if (direction == RIGHT)
        Position += Right * velocity;

    Position.y = 0.0f;

}
  • 试着创建你自己的LookAt函数,其中你需要手动创建一个我们在一开始讨论的观察矩阵。用你的函数实现来替换GLM的LookAt函数,看看它是否还能一样地工作:​​​​​​​​​​​​​​参考解答

 

根据这张图把矩阵构建出来即可

注意GLM规定了矩阵的第一个参数是列,第二个参数是行

旋转矩阵的第一行是右向量,第二行是上面的向量,第三行是方向向量。

依次计算出向量搭建出矩阵就可以了

// Custom implementation of the LookAt function
glm::mat4 Camera::calculate_lookAt_matrix(glm::vec3 position, glm::vec3 target, glm::vec3 worldUp)
{
    // 1. Position = known
    // 2. Calculate cameraDirection
    glm::vec3 zaxis = glm::normalize(position - target);
    // 3. Get positive right axis vector
    glm::vec3 xaxis = glm::normalize(glm::cross(glm::normalize(worldUp), zaxis));
    // 4. Calculate camera up vector
    glm::vec3 yaxis = glm::cross(zaxis, xaxis);

    // Create translation and rotation matrix
    // In glm we access elements as mat[col][row] due to column-major layout
    glm::mat4 translation = glm::mat4(1.0f); // Identity matrix by default
    translation[3][0] = -position.x; // Third column, first row
    translation[3][1] = -position.y;
    translation[3][2] = -position.z;
    glm::mat4 rotation = glm::mat4(1.0f);
    rotation[0][0] = xaxis.x; // First column, first row
    rotation[1][0] = xaxis.y;
    rotation[2][0] = xaxis.z;
    rotation[0][1] = yaxis.x; // First column, second row
    rotation[1][1] = yaxis.y;
    rotation[2][1] = yaxis.z;
    rotation[0][2] = zaxis.x; // First column, third row
    rotation[1][2] = zaxis.y;
    rotation[2][2] = zaxis.z;

    // Return lookAt matrix as combination of translation and rotation matrix
    return rotation * translation; // Remember to read from right to left (first translation then rotation)
}

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/1509996.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

套接字编程 --- 三

目录 1. 前置性知识 1.1. listen 系统调用 1.2. accept 系统调用 1.3. 如何通信 1.3.1. read 系统调用 && write系统调用 1.3.2. recv 系统调用 && send 系统调用 2. TCP --- demo 2.1. Tcp_Server.hpp (version 1) 2.2. Tcp_Server.hpp (version 2…

[AIGC] Kafka解析:分区、消费者组与消费者的关系

Apache Kafka是一个分布式事件流平台&#xff0c;它是处理实时数据的强大工具。而理解Kafka的关键概念&#xff1a;分区&#xff08;Partition&#xff09;、消费者组&#xff08;Consumer Group&#xff09;和消费者&#xff08;Consumer&#xff09;的关系对于正确地使用Kafk…

C语言--- 指针运算笔试题详解

目录 题目1&#xff1a; 题目2&#xff1a; 题目3&#xff1a; 题目4&#xff1a; 题目5&#xff1a; 题目6&#xff1a; 题目7&#xff1a; 题目1&#xff1a; #include <stdio.h> int main() {int a[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };int *ptr (int *)(&a 1);print…

C#与WPF通用类库

个人集成封装&#xff0c;仓库已公开 NetHelper 集成了一些常用的方法&#xff1b; 如通用的缓存静态操作类、常用的Wpf的ValueConverters、内置的委托类型、通用的反射加载dll操作类、Wpf的ViewModel、Command、Navigation、Messenger、部分常用UserControls(可绑定的Passwo…

蓝桥杯-ISBN号码

此题然让本人纠结了很久&#xff0c;真的好多坑。。。。果然还是太菜了。 完整代码以及思路解析(在注释中) #include <iostream> using namespace std; int main() {string num;cin>>num; int count0;int w1;for(int i0;i<10;i){if((i!1)&&(i!5)) //坑…

Node.js作用

Node.js可以开发应用 开发服务器应用 开发工具类应用 开发桌面端应用

Discord OAuth2授权以及机器人监听群事件

下面文章讲解获取OAuth2授权整个流程&#xff0c;创建机器人&#xff0c;使用机器人监听工会&#xff08;工会就是创建的服务器&#xff09;成员变化等等&#xff0c;对接国外的都是需要VPN的哦&#xff0c;对接的时候记得提前准备。 创建应用 点击 此页面添加应用,&#xff…

EI级 | Matlab实现GCN基于图卷积神经网络的数据多特征分类预测

EI级 | Matlab实现GCN基于图卷积神经网络的数据多特征分类预测 目录 EI级 | Matlab实现GCN基于图卷积神经网络的数据多特征分类预测效果一览基本介绍程序设计参考资料 效果一览 基本介绍 1.GCN基于图卷积神经网络的数据分类预测 Matlab2023 2.多输入单输出的分类预测&#xf…

汽车电子:均胜电子、德赛西威“跑出”第二增长曲线

问界新M7上市以来销量势如破竹&#xff0c;华为汽车及相关均胜电子、联创电子、光峰科技等供应链企业也因此受益。 网络公开数据&#xff0c;在2024年1月1日-2月18日&#xff0c;中国市场新势力品牌销量排行榜中&#xff0c;问界就以4.25万辆的销量成绩霸榜第一&#xff0c;作…

幻兽帕鲁Palworld服务器搭建费用,仅需26元!

2024阿里云幻兽帕鲁专用服务器价格表&#xff1a;4核16G幻兽帕鲁专用服务器26元一个月、149元半年&#xff0c;默认10M公网带宽&#xff0c;8核32G幻兽帕鲁服务器10M带宽价格90元1个月、271元3个月。阿里云提供的Palworld服务器是ECS经济型e实例&#xff0c;CPU采用Intel Xeon …

政务网站安全合规之道,云监测提供优质监测解决方案

近年来&#xff0c;国家对于网站安全风险的问题重视程度不断提升&#xff0c;持续加强对网站安全的监管力度。特别是政务网站&#xff0c;承载着越来越重要的核心应用和数据&#xff0c;与普通网站相比更容易遭到来自互联网的攻击。 攻击者为了破坏政务形象、干扰政务工作秩序或…

RC4算法:流密码算法的经典之作

title: RC4算法&#xff1a;流密码算法的经典之作 date: 2024/3/11 18:16:16 updated: 2024/3/11 18:16:16 tags: RC4起源演变算法优劣分析RC4 vs AES安全性RC4 vs DES性能比较应用场景介绍工作原理详解代码实例演示 一、RC4算法的起源与演变 RC4算法是由著名密码学家Ron Riv…

Oracle数据库迁移至达梦8数据库(windows图文讲解)

写作不易&#xff0c;如果对各位有用请给个赞支持一下~ 1.第一步安装达梦8数据库&#xff1a; 下载安装看我这篇博客 https://blog.csdn.net/li836779537/article/details/136641411?spm1001.2014.3001.5502 2.废话不多说直接开干&#xff0c;安装完成后打开迁移工具 名字…

指令微调(Instructional Fine-tuning)

定义 指令微调&#xff08;Instructional Fine-tuning&#xff09;是一种自然语言处理&#xff08;NLP&#xff09;技术&#xff0c;特别是在大型预训练语言模型&#xff08;如 GPT、BERT 等&#xff09;的应用中。在指令微调中&#xff0c;模型被进一步训练以更好地理解和遵循…

Linux--ELK 日志分析系统

ELK &#xff08;Elasticsearch、Logstash、Kibana&#xff09;日志分析系统的好处是可以集中查看所有服务器日志&#xff0c;减轻了工作量&#xff0c;从安全性的角度来看&#xff0c;这种集中日志管理可以有效查询以及跟踪服务器被攻击的行为。 > Elasticsearch 是个开源分…

容器安全是什么?

容器安全定义 容器安全是指保护容器的完整性。这包括从其保管的应用到其所依赖的基础架构等全部内容。容器安全需要完整且持续。通常而言&#xff0c;企业拥有持续的容器安全涵盖两方面&#xff1a; 保护容器流水线和应用保护容器部署环境和基础架构 如何将安全内置于容器流…

[BUG] docker运行Java程序时配置代理-Dhttp.proxyHost后启动报错

[BUG] docker运行Java程序时配置代理-Dhttp.proxyHost后启动报错 bug现象描述 版本&#xff1a;2.0.4&#xff08;客户端和服务端都是&#xff09; 环境&#xff1a;私有云环境&#xff0c;只有少量跳板机器可以访问公网&#xff0c;其他机器均通过配置代理方式访问公网 bug现…

CSS中grid网格布局详解

文章目录 一、是什么二、属性display 属性grid-template-columns 属性&#xff0c;grid-template-rows 属性grid-row-gap 属性&#xff0c; grid-column-gap 属性&#xff0c; grid-gap 属性grid-template-areas 属性grid-auto-flow 属性justify-items 属性&#xff0c; align-…

数据结构 之 链表LinkedList

目录 1. ArrayList的缺陷&#xff1a; 2. 链表&#xff1a; 2.1 链表的概念及结构&#xff1a; 3. 链表的使用和模拟实现&#xff1a; 3.1 构造方法&#xff1a; 3.2 模拟实现&#xff1a; 4. 源码分享&#xff1a; 在我学习顺序表之后&#xff0c;我就立马开始了链表的学…

idea 导入项目

idea 导入项目并运行 导入设置设置 jdk查看maven 设置 导入 在项目首页 或者 file 选择 open, 然后选择项目根路径 设置 设置 jdk 查看maven 设置