Directx11教程(8) 一個新的camera類
本章我們將替換掉CameraClass類，實現一個稍微靠譜點的攝像機類。並通過Q,W,E,A,S,D,Z,X,C等按鍵實現攝像機的控制。
該類的主要功能就是根據指定的攝像機位置，up方向以及lookat方向，得到最終的視圖矩陣，所謂視圖矩陣就是把世界坐標系的頂點位置轉化到視點（或者說攝像機）空間的矩陣。該類可以實現兩種模式的攝像機操作，一類是AIRCRAFT攝像機，允許攝像機在空間自由運動，具有6個自由度。另一種是LANDOBJECT攝像機，只允許沿著某些特定的軸運動。
下面簡單看下計算ViewMatrix的原理：
假設攝像機的局部坐標系為(S,W,Q),S, W, Q它們都是歸一化向量， S是局部坐標的右(right)向軸(類似世界坐標系的x軸),W是局部坐標系的上(up)向軸（類似世界坐標系y軸）,Q是前(lookat)向軸（類似於世界坐標系的z軸），S向量表示為(Sx, Sy, Sz), up 向量表示為(Wx, Wy, Wz), Q向量表示為(Qx, Qy, Qz),攝像機的位置為(Px, Py, Pz)。
我們現在要把世界坐標系中的頂點A(x, y, z)，如果要轉化到視覺坐標系(right,up, lookat)則需要做下面兩步：
1、把視點移回原點，則轉化矩陣為：
2.我們要把一個世界坐標系點K(Kx, Ky, Kz)，表示成(S,W,Q)坐標系的點（假設此時，已經經過平移操作，攝像機在世界坐標系的原點），則其公式為：
Lx = Kx * Sx + Ky * Sy + Kz * Sz;
Ly = Kx * Wx + Ky * Wy + Kz * Wz;
Lz = Kx * Qx + Ky * Qy + Kz * Qz
則轉為矩陣為：
則世界坐標系到視覺坐標系的轉化矩陣為上面兩個矩陣相乘，最終的矩陣為：
通常在攝像機類中，都是給定up, lookat,或者lookat， right之後，通過差積的方式求得right或者up，然後再差積，最後求得正交歸一化的的坐標系(S, W, Q)。
在本Camera類中，就是通過這種方式：
//根據lookup, right求得正交的up
D3DXVec3Cross(&_up, &_look, &_right);
//up歸一化
D3DXVec3Normalize(&_up, &_up);
//根據up和lookup，求得正交的right
D3DXVec3Cross(&_right, &_up, &_look);
//righ再歸一化
D3DXVec3Normalize(&_right, &_right);
CameraClass.h的代碼如下：
#pragma once
#include <d3dx10math.h>
class CameraClass
{
//支持兩種攝像機模型 AIRCRAFT 允許在空間自由運動,具有6個自由度
// LANDOBJECT 沿某些特定軸進行移動
public:
enum CameraType { LANDOBJECT, AIRCRAFT };
public:
CameraClass(void);
CameraClass(const CameraClass&);
~CameraClass(void);
void strafe(float units); // 左右
void fly(float units); // 上下
void walk(float units); // 前後
void pitch(float angle); // 旋轉view坐標系right向量
void yaw(float angle); // 旋轉up向量
void roll(float angle); // 旋轉look向量
void getViewMatrix(D3DXMATRIX* V);
void setCameraType(CameraType cameraType);
void getPosition(D3DXVECTOR3* pos);
void setPosition(D3DXVECTOR3* pos);
void getRight(D3DXVECTOR3* right);
void getUp(D3DXVECTOR3* up);
void getLook(D3DXVECTOR3* look);
private:
CameraType _cameraType;
D3DXVECTOR3 _right;
D3DXVECTOR3 _up;
D3DXVECTOR3 _look;
D3DXVECTOR3 _pos;
};
CameraClass.cpp代碼如下：
#include "CameraClass.h"
CameraClass::CameraClass(void)
{
_cameraType = AIRCRAFT;
_pos = D3DXVECTOR3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
_right = D3DXVECTOR3(1.0f, 0.0f, 0.0f);
_up = D3DXVECTOR3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
_look = D3DXVECTOR3(0.0f, 0.0f, 1.0f);
}
CameraClass::CameraClass(const CameraClass& other)
{
}
CameraClass::~CameraClass(void)
{
}
void CameraClass::getPosition(D3DXVECTOR3* pos)
{
*pos = _pos;
}
void CameraClass::setPosition(D3DXVECTOR3* pos)
{
_pos = *pos;
}
void CameraClass::getRight(D3DXVECTOR3* right)
{
*right = _right;
}
void CameraClass::getUp(D3DXVECTOR3* up)
{
*up = _up;
}
void CameraClass::getLook(D3DXVECTOR3* look)
{
*look = _look;
}
//行走，沿著攝像機觀察方向的移動
void CameraClass::walk(float units)
{
// 僅在x,z平面移動
if( _cameraType == LANDOBJECT )
_pos += D3DXVECTOR3(_look.x, 0.0f, _look.z) * units;
if( _cameraType == AIRCRAFT )
_pos += _look * units;
}
//掃視，是指保持觀察方向不變，沿向量right方向從一邊平移到另一邊
void CameraClass::strafe(float units)
{
// 僅在x,z平面移動
if( _cameraType == LANDOBJECT )
_pos += D3DXVECTOR3(_right.x, 0.0f, _right.z) * units;
if( _cameraType == AIRCRAFT )
_pos += _right * units;
}
//飛行模式，升降，指沿著向量up方向的移動
void CameraClass::fly(float units)
{
// 僅在y軸移動
if( _cameraType == LANDOBJECT )
_pos.y += units;
if( _cameraType == AIRCRAFT )
_pos += _up * units;
}
//pitch, yaw, roll的概念 http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/p/5151606.html
void CameraClass::pitch(float angle)
{
D3DXMATRIX T;
D3DXMatrixRotationAxis(&T, &_right, angle);
// 繞著right向量，旋轉up和look
D3DXVec3TransformCoord(&_up,&_up, &T);
D3DXVec3TransformCoord(&_look,&_look, &T);
}
void CameraClass::yaw(float angle)
{
D3DXMATRIX T;
//對LANDOBJECT,總是繞著(0,1,0)旋轉。
if( _cameraType == LANDOBJECT )
D3DXMatrixRotationY(&T, angle);
//對於aircraft,繞著up向量旋轉
if( _cameraType == AIRCRAFT )
D3DXMatrixRotationAxis(&T, &_up, angle);
// 繞著up或者y軸，旋轉right和look
D3DXVec3TransformCoord(&_right,&_right, &T);
D3DXVec3TransformCoord(&_look,&_look, &T);
}
void CameraClass::roll(float angle)
{
//只對aircraft模式才左roll旋轉
if( _cameraType == AIRCRAFT )
{
D3DXMATRIX T;
D3DXMatrixRotationAxis(&T, &_look, angle);
// 繞著look向量，旋轉up和right
D3DXVec3TransformCoord(&_right,&_right, &T);
D3DXVec3TransformCoord(&_up,&_up, &T);
}
}
void CameraClass::getViewMatrix(D3DXMATRIX* V)
{
// 保持view局部坐標系，各軸的彼此正交
D3DXVec3Normalize(&_look, &_look);
// look X right
D3DXVec3Cross(&_up, &_look, &_right);
D3DXVec3Normalize(&_up, &_up);
D3DXVec3Cross(&_right, &_up, &_look);
D3DXVec3Normalize(&_right, &_right);
// 生成view矩陣:
float x = -D3DXVec3Dot(&_right, &_pos);
float y = -D3DXVec3Dot(&_up, &_pos);
float z = -D3DXVec3Dot(&_look, &_pos);
(*V)(0,0) = _right.x; (*V)(0, 1) = _up.x; (*V)(0, 2) = _look.x; (*V)(0, 3) = 0.0f;
(*V)(1,0) = _right.y; (*V)(1, 1) = _up.y; (*V)(1, 2) = _look.y; (*V)(1, 3) = 0.0f;
(*V)(2,0) = _right.z; (*V)(2, 1) = _up.z; (*V)(2, 2) = _look.z; (*V)(2, 3) = 0.0f;
(*V)(3,0) = x; (*V)(3, 1) = y; (*V)(3, 2) = z; (*V)(3, 3) = 1.0f;
}
void CameraClass::setCameraType(CameraType cameraType)
{
_cameraType = cameraType;
}
修改GraphicsClass.h, 設置成員變量m_Camera為public，以便我們在GraphicsClass類中對齊進行操作。
class GraphicsClass
{
…
bool Frame();
CameraClass* m_Camera; //設為public，便於在SystemClass中控制
private:
…
};
SystemClass.cpp代碼的Frame函數更新如下：
bool SystemClass::Frame()
{
bool result;
//檢測用戶是否按下ESC鍵，如果按下，退出程序.
if(m_Input->IsKeyDown(VK_ESCAPE))
{
return false;
}
//如果A,S,D,W,Q,E,Z,X,C鍵按下，移動攝像機
if(GetAsyncKeyState(‘W‘) & 0x8000) //前後
m_Graphics->m_Camera->walk(-0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘S‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->walk(0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘A‘) & 0x8000) //左右
m_Graphics->m_Camera->strafe(-0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘D‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->strafe(0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘Q‘) & 0x8000) //上下
m_Graphics->m_Camera->fly(-0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘E‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->fly(0.1);
if(GetAsyncKeyState(‘Z‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->pitch(PI/180);
if(GetAsyncKeyState(‘X‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->yaw(PI/180);
if(GetAsyncKeyState(‘C‘) & 0x8000)
m_Graphics->m_Camera->roll(PI/180);
//動畫，旋轉攝像機
m_Graphics->m_Camera->roll(PI/180);
// 執行幀渲染函數.
result = m_Graphics->Frame();
if(!result)
{
return false;
}
return true;
}
註意：我們在SystemClass.cpp中增加了攝像機旋轉的代碼，所以這個立方體就在哪兒不停轉啊轉，永不休止……
m_Graphics->m_Camera->roll(PI/180);
程序執行結果如下圖，圖中的立方體一直處於旋轉狀態（其實我們是在旋轉攝像機)：
完整的代碼請參考：
工程文件myTutorialD3D11_7
代碼下載：
http://files.cnblogs.com/mikewolf2002/myTutorialD3D11.zip
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