OpenGL基础14：摄像机

很可惜，openGL没有摄像机的概念

一、摄像机

我们当然需要想办法模拟出一个摄像机，也就是玩家的视角，在前面这一章：第一个正方体，我们仅将“摄像机”往z轴正方向移动了3个单位，并且正对着(0, 0, 0)，但是大部分的情况下，类似于我们处于一个3D场景中，摄像机的视角都是从上斜向下的，这个时候若想要计算摄像机的位置和方向信息，就是需要一定的运算了

既然摄像机如此重要，我们当然需要知道它的很多信息，包括：

摄像机位置
观察方向（摄像机z轴）
垂直于观察方向，指向摄像机右侧的向量（摄像机x轴）
垂直于观察方向，指向摄像机正上方的向量（摄像机y轴）

对于①：必定是你来确定，又或者由输入确定（通过移动鼠标调整视角等），对于②：只要将摄像机的坐标减去焦点的坐标就可以了，在游戏中，这个焦点往往是玩家自己的世界坐标，而这里我们就当作是原点（经过如此计算得出来的这个向量理论是摄像机z轴的负方向）

1 2	glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f); glm::vec3 cameraDirection = glm::normalize(cameraPos - cameraTarget);

对于③④，如果你对施密特正交化比较了解，那么应该就很容易通过公式得出对应的向量，不了解也没有关系，想要得到③的向量，我们只需要将y轴正方向向量(0, 1, 0)和摄像机z轴向量叉乘就可以，这个向量必定同时垂直于前两者，至于是x轴正方向还是负方向取决与叉乘的顺序，可以用右手定则得出，④同理

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glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
glm::vec3 cameraRight = glm::normalize(glm::cross(up, cameraDirection));
glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);

二、LookAt矩阵

有了上面的所有信息后，我们就可以计算出摄像机的观察矩阵了

可以发现，上面的②③④向量相互垂直，它们构成了一个全新的向量空间，这样的话，我们只需要再有一个平移向量就可以轻松的创建一个矩阵，后面对于每一个顶点，我们只需要用这个矩阵乘以它就能将其变换到对应观察空间，这便是LootAt矩阵：

$\operatorname{Look} A t=\left[\begin{array}{cccc} R_{x} & R_{y} & R_{z} & 0 \\ U_{x} & U_{y} & U_{z} & 0 \\ D_{x} & D_{y} & D_{z} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right] *\left[\begin{array}{cccc} 1 & 0 & 0 & -P_{x} \\ 0 & 1 & 0 & -P_{y} \\ 0 & 0 & 1 & -P_{z} \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right]$

其中 $R$ 为右向量， $U$ 为上向量， $D$ 为方向向量， $P$ 为摄像机位置向量

对于位置向量要取反，这个在上一章也提到过，因为我们文中讲述的都是摄像机的相对位置，而我们实际需要操作的却是物体的相对位置

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glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f),
glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f),
glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));

用如上的方法，就可以直接创建一个LookAt矩阵，其中传入的第一个参数为摄像机位置，第二个参数为目标位置，第三个参数为你所描述的世界空间的上向量（就是上面的(0, 1, 0)了）

三、测试

上一章我们通过让箱子自转来让我们能看到箱子所有的六个面，现在我们可以尝试让摄像机围绕着箱子转：

相对上一章的代码，改动如下：

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glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
model = glm::rotate(model, glm::radians(57.0f), glm::vec3(-0.5f, 1.0f, 0.0f));
view = glm::lookAt(glm::vec3(camX, 0.0f, camZ), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (GLfloat)WIDTH / (GLfloat)HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
GLint modelLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "model");
GLint viewLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "view");
GLint projLoc = glGetUniformLocation(shaderYellow.Program, "projection");
glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
glUniformMatrix4fv(viewLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
glUniformMatrix4fv(projLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));

看上去貌似没有什么区别，但是这个物体其实是静止的，是我们观察者的位置在改变