攝像機(jī)(Camera)

前面的教程中我們討論了觀察矩陣以及如何使用觀察矩陣移動(dòng)場景,。OpenGL本身沒有攝像機(jī)的概念,，但我們可以通過把場景中的所有物體往相反方向移動(dòng)的方式來模擬出攝像機(jī)，這樣感覺就像我們?cè)谝苿?dòng),，而不是場景在移動(dòng)。

本節(jié)我們將會(huì)討論如何在OpenGL中模擬一個(gè)攝像機(jī)，將會(huì)討論FPS風(fēng)格的可自由在3D場景中移動(dòng)的攝像機(jī)。我們也會(huì)討論鍵盤和鼠標(biāo)輸入,，最終完成一個(gè)自定義的攝像機(jī)類。

攝像機(jī)/觀察空間(Camera/View Space)

當(dāng)我們討論攝像機(jī)/觀察空間的時(shí)候,，是我們?cè)谟懻撘詳z像機(jī)的透視圖作為場景原點(diǎn)時(shí)場景中所有可見頂點(diǎn)坐標(biāo),。觀察矩陣把所有的世界坐標(biāo)變換到觀察坐標(biāo)，這些新坐標(biāo)是相對(duì)于攝像機(jī)的位置和方向的,。定義一個(gè)攝像機(jī),，我們需要一個(gè)攝像機(jī)在世界空間中的位置、觀察的方向,、一個(gè)指向它的右測的向量以及一個(gè)指向它上方的向量,。細(xì)心的讀者可能已經(jīng)注意到我們實(shí)際上創(chuàng)建了一個(gè)三個(gè)單位軸相互垂直的、以攝像機(jī)的位置為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,。

1. 攝像機(jī)位置

獲取攝像機(jī)位置很簡單,。攝像機(jī)位置簡單來說就是世界空間中代表攝像機(jī)位置的向量,。我們把攝像機(jī)位置設(shè)置為前面教程中的那個(gè)相同的位置：

glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f);

2. 攝像機(jī)方向

下一個(gè)需要的向量是攝像機(jī)的方向，比如它指向哪個(gè)方向?，F(xiàn)在我們讓攝像機(jī)指向場景原點(diǎn)：(0, 0, 0),。用攝像機(jī)位置向量減去場景原點(diǎn)向量的結(jié)果就是攝像機(jī)指向向量,。由于我們知道攝像機(jī)指向z軸負(fù)方向,，我們希望方向向量指向攝像機(jī)的z軸正方向。如果我們改變相減的順序,，我們就會(huì)獲得一個(gè)指向攝像機(jī)正z軸方向的向量(譯注：注意看前面的那個(gè)圖,，所說的「方向向量/Direction Vector」是指向z的正方向的，而不是攝像機(jī)所注視的那個(gè)方向)：

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

3. 右軸(Right axis)

我們需要的另一個(gè)向量是一個(gè)右向量(Right Vector)，它代表攝像機(jī)空間的x軸的正方向,。為獲取右向量我們需要先使用一個(gè)小技巧：定義一個(gè)上向量(Up Vector),。我們把上向量和第二步得到的攝像機(jī)方向向量進(jìn)行叉乘。兩個(gè)向量叉乘的結(jié)果就是同時(shí)垂直于兩向量的向量,，因此我們會(huì)得到指向x軸正方向的那個(gè)向量(如果我們交換兩個(gè)向量的順序就會(huì)得到相反的指向x軸負(fù)方向的向量)：

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

4. 上軸(Up axis)

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了x軸向量和z軸向量,，獲取攝像機(jī)的正y軸相對(duì)簡單；我們把右向量和方向向量(Direction Vector)進(jìn)行叉乘：

glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);

在叉乘和一些小技巧的幫助下,，我們創(chuàng)建了所有觀察/攝像機(jī)空間的向量,。對(duì)于想學(xué)到更多數(shù)學(xué)原理的讀者，提示一下,，在線性代數(shù)中這個(gè)處理叫做Gram-Schmidt(葛蘭—施密特)正交,。使用這些攝像機(jī)向量我們就可以創(chuàng)建一個(gè)LookAt矩陣了，它在創(chuàng)建攝像機(jī)的時(shí)候非常有用,。

Look At

使用矩陣的好處之一是如果你定義了一個(gè)坐標(biāo)空間,，里面有3個(gè)相互垂直的軸，你可以用這三個(gè)軸外加一個(gè)平移向量來創(chuàng)建一個(gè)矩陣,，你可以用這個(gè)矩陣乘以任何向量來變換到那個(gè)坐標(biāo)空間,。這正是LookAt矩陣所做的，現(xiàn)在我們有了3個(gè)相互垂直的軸和一個(gè)定義攝像機(jī)空間的位置坐標(biāo),，我們可以創(chuàng)建我們自己的LookAt矩陣了：

是右向量,，是上向量，是方向向量是攝像機(jī)位置向量,。注意,，位置向量是相反的,，因?yàn)槲覀冏罱K希望把世界平移到與我們自身移動(dòng)的相反方向。使用這個(gè)LookAt矩陣坐標(biāo)觀察矩陣可以很高效地把所有世界坐標(biāo)變換為觀察坐標(biāo)LookAt矩陣就像它的名字表達(dá)的那樣：它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)觀察矩陣looks at(看著)一個(gè)給定目標(biāo),。

幸運(yùn)的是,，GLM已經(jīng)提供了這些支持。我們要做的只是定義一個(gè)攝像機(jī)位置,，一個(gè)目標(biāo)位置和一個(gè)表示上向量的世界空間中的向量(我們使用上向量計(jì)算右向量),。接著GLM就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)LookAt矩陣，我們可以把它當(dāng)作我們的觀察矩陣：

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));

glm::LookAt函數(shù)需要一個(gè)位置,、目標(biāo)和上向量,。它可以創(chuàng)建一個(gè)和前面所說的同樣的觀察矩陣。

在開始做用戶輸入之前,，我們來做些有意思的事,，把我們的攝像機(jī)在場景中旋轉(zhuǎn)。我們的注視點(diǎn)保持在(0, 0, 0),。

我們?cè)诿恳粠紕?chuàng)建x和z坐標(biāo),，這要使用一點(diǎn)三角學(xué)知識(shí)。x和z表示一個(gè)在一個(gè)圓圈上的一點(diǎn),，我們會(huì)使用它作為攝像機(jī)的位置,。通過重復(fù)計(jì)算x和y坐標(biāo)，遍歷所有圓圈上的點(diǎn),，這樣攝像機(jī)就會(huì)繞著場景旋轉(zhuǎn)了,。我們預(yù)先定義這個(gè)圓圈的半徑，使用glfwGetTime函數(shù)不斷增加它的值,，在每次渲染迭代創(chuàng)建一個(gè)新的觀察矩陣,。

GLfloat radius = 10.0f;
GLfloat camX = sin(glfwGetTime()) * radius;
GLfloat camZ = cos(glfwGetTime()) * radius;
glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(camX, 0.0, camZ), glm::vec3(0.0, 0.0, 0.0), glm::vec3(0.0, 1.0, 0.0));  

如果你運(yùn)行代碼你會(huì)得到下面的東西：

這一小段代碼中，攝像機(jī)圍繞場景轉(zhuǎn)動(dòng),。自己試試改變半徑和位置/方向參數(shù),，看看LookAt矩陣是如何工作的。同時(shí),，這里有源碼,、頂點(diǎn)和片段著色器。

自由移動(dòng)

讓攝像機(jī)繞著場景轉(zhuǎn)很有趣,，但是讓我們自己移動(dòng)攝像機(jī)更有趣,！首先我們必須設(shè)置一個(gè)攝像機(jī)系統(tǒng)，在我們的程序前面定義一些攝像機(jī)變量很有用：

glm::vec3 cameraPos   = glm::vec3(0.0f, 0.0f,  3.0f);
glm::vec3 cameraFront = glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f);
glm::vec3 cameraUp    = glm::vec3(0.0f, 1.0f,  0.0f);

LookAt函數(shù)現(xiàn)在成了：

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

我們首先設(shè)置之前定義的cameraPos為攝像機(jī)位置,。方向(Direction)是當(dāng)前的位置加上我們剛剛定義的方向向量,。這樣能保證無論我們?cè)趺匆苿?dòng)，攝像機(jī)都會(huì)注視目標(biāo),。我們?cè)诎聪履硞€(gè)按鈕時(shí)更新cameraPos向量,。

我們已經(jīng)為GLFW的鍵盤輸入定義了一個(gè)key_callback函數(shù),，我們來添加幾個(gè)新按鍵命令：

void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode)
{
    ...
    GLfloat cameraSpeed = 0.05f;
    if(key == GLFW_KEY_W)
        cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
    if(key == GLFW_KEY_S)
        cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
    if(key == GLFW_KEY_A)
        cameraPos -= glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
    if(key == GLFW_KEY_D)
        cameraPos += glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;  
}

當(dāng)我們按下WASD鍵，攝像機(jī)的位置都會(huì)相應(yīng)更新,。如果我們希望向前或向后移動(dòng),，我們就把位置向量加上或減去方向向量。如果我們希望向旁邊移動(dòng),，我們做一個(gè)叉乘來創(chuàng)建一個(gè)右向量,，沿著它移動(dòng)就可以了。這樣就創(chuàng)建了類似使用攝像機(jī)橫向,、前后移動(dòng)的效果,。

如果你用這段代碼更新key_callback函數(shù),，你就可以在場景中自由的前后左右移動(dòng)了。

你可能會(huì)注意到這個(gè)攝像機(jī)系統(tǒng)不能同時(shí)朝兩個(gè)方向移動(dòng),，當(dāng)你按下一個(gè)按鍵時(shí),，它會(huì)先頓一下才開始移動(dòng)。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)事件輸入系統(tǒng)一次只能處理一個(gè)鍵盤輸入,，它們的函數(shù)只有當(dāng)我們激活了一個(gè)按鍵時(shí)才被調(diào)用,。大多數(shù)GUI系統(tǒng)都是這樣的，它對(duì)攝像機(jī)來說用并不合理,。我們可以用一些小技巧解決這個(gè)問題,。

這個(gè)技巧是只在回調(diào)函數(shù)中跟蹤哪個(gè)鍵被按下/釋放。在游戲循環(huán)中我們讀取這些值,，檢查那個(gè)按鍵被激活了,，然后做出相應(yīng)反應(yīng)。我們只儲(chǔ)存哪個(gè)鍵被按下/釋放的狀態(tài)信息,，在游戲循環(huán)中對(duì)狀態(tài)做出反應(yīng),，我們來創(chuàng)建一個(gè)布爾數(shù)組代表按下/釋放的鍵：

bool keys[1024];

然后我們必須在key_callback函數(shù)中設(shè)置按下/釋放鍵為true或false：

if(action == GLFW_PRESS)
    keys[key] = true;
else if(action == GLFW_RELEASE)
    keys[key] = false;

我們創(chuàng)建一個(gè)新的叫做do_movement的函數(shù)，用它根據(jù)按下的按鍵來更新攝像機(jī)的值：

void do_movement()
{
  // 攝像機(jī)控制
  GLfloat cameraSpeed = 0.01f;
  if(keys[GLFW_KEY_W])
    cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
  if(keys[GLFW_KEY_S])
    cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
  if(keys[GLFW_KEY_A])
    cameraPos -= glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
  if(keys[GLFW_KEY_D])
    cameraPos += glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
}

之前的代碼移動(dòng)到了do_movement函數(shù)中,。由于所有GLFW的按鍵枚舉都是整數(shù),，我們可以把它們當(dāng)數(shù)組索引使用。

最后,，我們需要在游戲循環(huán)中添加新函數(shù)的調(diào)用：

while(!glfwWindowShouldClose(window))
{
  // 檢測并調(diào)用事件
  glfwPollEvents();
  do_movement();  

  // 渲染
  ...
}

至此,，你可以同時(shí)向多個(gè)方向移動(dòng)了,，并且當(dāng)你按下按鈕也會(huì)立刻運(yùn)動(dòng)了。如遇困難查看源碼,。

移動(dòng)速度

目前我們的移動(dòng)速度是個(gè)常量,。看起來不錯(cuò),，但是實(shí)際情況下根據(jù)處理器的能力不同,，有的人在同一段時(shí)間內(nèi)會(huì)比其他人繪制更多幀。也就是調(diào)用了更多次do_movement函數(shù),。每個(gè)人的運(yùn)動(dòng)速度就都不同了,。當(dāng)你要發(fā)布的你應(yīng)用的時(shí)候，你必須確保在所有硬件上移動(dòng)速度都一樣,。

圖形和游戲應(yīng)用通常有回跟蹤一個(gè)deltaTime變量,，它儲(chǔ)存渲染上一幀所用的時(shí)間。我們把所有速度都去乘以deltaTime值,。當(dāng)我們的deltaTime變大時(shí)意味著上一幀渲染花了更多時(shí)間,，所以這一幀使用這個(gè)更大的deltaTime的值乘以速度，會(huì)獲得更高的速度,，這樣就與上一幀平衡了,。使用這種方法時(shí)，無論你的機(jī)器快還是慢,，攝像機(jī)的速度都會(huì)保持一致,，這樣每個(gè)用戶的體驗(yàn)就都一樣了。

我們要用兩個(gè)全局變量來計(jì)算出deltaTime值：

GLfloat deltaTime = 0.0f;   // 當(dāng)前幀遇上一幀的時(shí)間差
GLfloat lastFrame = 0.0f;   // 上一幀的時(shí)間

在每一幀中我們計(jì)算出新的deltaTime以備后用

GLfloat currentFrame = glfwGetTime();
deltaTime = currentFrame - lastFrame;
lastFrame = currentFrame;  

現(xiàn)在我們有了deltaTime在計(jì)算速度的使用可以使用了：

void Do_Movement()
{
  GLfloat cameraSpeed = 5.0f * deltaTime;
  ...
}

與前面的部分結(jié)合在一起,，我們有了一個(gè)更流暢點(diǎn)的攝像機(jī)系統(tǒng)：

現(xiàn)在我們有了一個(gè)在任何系統(tǒng)上移動(dòng)速度都一樣的攝像機(jī),。這里是源碼。我們可以看到任何移動(dòng)都會(huì)影響返回的deltaTime值,。

自由觀看

只用鍵盤移動(dòng)沒什么意思,。特別是我們還不能轉(zhuǎn)向。是時(shí)候使用鼠標(biāo)了,！

為了能夠改變方向,，我們必須根據(jù)鼠標(biāo)的輸入改變cameraFront向量。然而,，根據(jù)鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)改變方向向量有點(diǎn)復(fù)雜,，需要更多的三角學(xué)知識(shí)。如果你對(duì)三角學(xué)知之甚少,，別擔(dān)心,，你可以跳過這一部分，直接復(fù)制粘貼我們的代碼；當(dāng)你想了解更多的時(shí)候再回來看,。

歐拉角

歐拉角是表示3D空間中可以表示任何旋轉(zhuǎn)的三個(gè)值,，由萊昂哈德·歐拉在18世紀(jì)提出。有三種歐拉角：俯仰角(Pitch),、偏航角(Yaw)和滾轉(zhuǎn)角(Roll),，下面的圖片展示了它們的含義：

俯仰角是描述我們?nèi)绾瓮虾屯驴吹慕牵诘谝粡垐D中表示,。第二張圖顯示了偏航角,，偏航角表示我們往左和往右看的大小。滾轉(zhuǎn)角代表我們?nèi)绾畏瓭L攝像機(jī),。每個(gè)歐拉角都有一個(gè)值來表示,，把三個(gè)角結(jié)合起來我們就能夠計(jì)算3D空間中任何的旋轉(zhuǎn)了。

對(duì)于我們的攝像機(jī)系統(tǒng)來說,，我們只關(guān)心俯仰角和偏航角,，所以我們不會(huì)討論滾轉(zhuǎn)角。用一個(gè)給定的俯仰角和偏航角,，我們可以把它們轉(zhuǎn)換為一個(gè)代表新的方向向量的3D向量,。俯仰角和偏航角轉(zhuǎn)換為方向向量的處理需要一些三角學(xué)知識(shí)，我們以最基本的情況開始：

如果我們把斜邊邊長定義為1,，我們就能知道鄰邊的長度是,，它的對(duì)邊是,。這樣我們獲得了能夠得到x和y方向的長度的公式,，它們?nèi)Q于所給的角度。我們使用它來計(jì)算方向向量的元素：

這個(gè)三角形看起來和前面的三角形很像,，所以如果我們想象自己在xz平面上,，正望向y軸，我們可以基于第一個(gè)三角形計(jì)算長度/y方向的強(qiáng)度(我們往上或往下看多少),。從圖中我們可以看到一個(gè)給定俯仰角的y值等于sinθ:

direction.y = sin(glm::radians(pitch)); // 注意我們先把角度轉(zhuǎn)為弧度

這里我們只更新了y值,，仔細(xì)觀察x和z元素也被影響了。從三角形中我們可以看到它們的值等于：

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

看看我們是否能夠?yàn)槠浇钦业叫枰脑兀?/p>

就像俯仰角一樣我們可以看到x元素取決于cos(偏航角)的值,，z值同樣取決于偏航角的正弦值,。把這個(gè)加到前面的值中，會(huì)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));//譯注：direction代表攝像機(jī)的“前”軸,，但此前軸是和本文第一幅圖片的第二個(gè)攝像機(jī)的direction是相反的
direction.y = sin(glm::radians(pitch));
direction.z = cos(glm::radians(pitch)) * sin(glm::radians(yaw));

這樣我們就有了一個(gè)可以把俯仰角和偏航角轉(zhuǎn)化為用來自由旋轉(zhuǎn)的攝像機(jī)的3個(gè)維度的方向向量了,。你可能會(huì)奇怪：我們?cè)趺吹玫礁┭鼋呛推浇牵?/p>

鼠標(biāo)輸入

偏航角和俯仰角是從鼠標(biāo)移動(dòng)獲得的，鼠標(biāo)水平移動(dòng)影響偏航角,，鼠標(biāo)垂直移動(dòng)影響俯仰角,。它的思想是儲(chǔ)存上一幀鼠標(biāo)的位置，在當(dāng)前幀中我們當(dāng)前計(jì)算鼠標(biāo)位置和上一幀的位置相差多少,。如果差別越大那么俯仰角或偏航角就改變?cè)酱蟆?/p>

首先我們要告訴GLFW,，應(yīng)該隱藏光標(biāo)，并捕捉(Capture)它,。捕捉鼠標(biāo)意味著當(dāng)應(yīng)用集中焦點(diǎn)到鼠標(biāo)上的時(shí)候光標(biāo)就應(yīng)該留在窗口中(除非應(yīng)用拾取焦點(diǎn)或退出),。我們可以進(jìn)行簡單的配置:

glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);

這個(gè)函數(shù)調(diào)用后，無論我們?cè)趺慈ヒ苿?dòng)鼠標(biāo),，它都不會(huì)顯示了,，也不會(huì)離開窗口。對(duì)于FPS攝像機(jī)系統(tǒng)來說很好：

為計(jì)算俯仰角和偏航角我們需要告訴GLFW監(jiān)聽鼠標(biāo)移動(dòng)事件,。我們用下面的原型創(chuàng)建一個(gè)回調(diào)函數(shù)來做這件事(和鍵盤輸入差不多)：

void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos);

這里的xpos和ypos代表當(dāng)前鼠標(biāo)的位置,。我們注冊(cè)了GLFW的回調(diào)函數(shù)，鼠標(biāo)一移動(dòng)mouse_callback函數(shù)就被調(diào)用：

glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);

在處理FPS風(fēng)格的攝像機(jī)鼠標(biāo)輸入的時(shí)候,，我們必須在獲取最終的方向向量之前做下面這幾步：

1. 計(jì)算鼠標(biāo)和上一幀的偏移量,。
2. 把偏移量添加到攝像機(jī)和俯仰角和偏航角中。
3. 對(duì)偏航角和俯仰角進(jìn)行最大和最小值的限制,。
4. 計(jì)算方向向量,。

第一步計(jì)算鼠標(biāo)自上一幀的偏移量。我們必須先儲(chǔ)存上一幀的鼠標(biāo)位置,，我們把它的初始值設(shè)置為屏幕的中心(屏幕的尺寸是800乘600)：

GLfloat lastX = 400, lastY = 300;

然后在回調(diào)函數(shù)中我們計(jì)算當(dāng)前幀和上一幀鼠標(biāo)位置的偏移量：

GLfloat xoffset = xpos - lastX;
GLfloat yoffset = lastY - ypos; // 注意這里是相反的,，因?yàn)閥坐標(biāo)的范圍是從下往上的
lastX = xpos;
lastY = ypos;

GLfloat sensitivity = 0.05f;
xoffset *= sensitivity;
yoffset *= sensitivity;

注意我們把偏移量乘以了sensitivity值。如果我們移除它，鼠標(biāo)移動(dòng)就會(huì)太大了,；你可以自己調(diào)整sensitivity的值,。

下面我們把偏移量加到全局變量pitch和yaw上：

yaw   += xoffset;
pitch += yoffset;  

第三步我們給攝像機(jī)添加一些限制，這樣攝像機(jī)就不會(huì)發(fā)生奇怪的移動(dòng)了,。對(duì)于俯仰角,，要讓用戶不能看向高于89度(90度時(shí)視角會(huì)逆轉(zhuǎn)，所以我們把89度作為極限)的地方,，同樣也不允許小于-89度,。這樣能夠保證用戶只能看到天空或腳下但是不能更進(jìn)一步超越過去。限制可以這樣做：

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

注意我們沒有給偏航角設(shè)置限制是因?yàn)槲覀儾幌Ｍ拗朴脩舻乃叫D(zhuǎn),。然而,，給偏航角設(shè)置限制也很容易，只要你愿意,。

第四也是最后一步,，就是通過俯仰角和偏航角來計(jì)算以得到前面提到的實(shí)際方向向量：

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

這回計(jì)算出方向向量，根據(jù)鼠標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)它包含所有的旋轉(zhuǎn),。由于cameraFront向量已經(jīng)包含在glm::lookAt函數(shù)中,，我們直接去設(shè)置。

如果你現(xiàn)在運(yùn)行代碼,，你會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)程序運(yùn)行第一次捕捉到鼠標(biāo)的時(shí)候攝像機(jī)會(huì)突然跳一下,。原因是當(dāng)你的鼠標(biāo)進(jìn)入窗口鼠標(biāo)回調(diào)函數(shù)會(huì)使用這時(shí)的xpos和ypos。這通常是一個(gè)距離屏幕中心很遠(yuǎn)的地方,，因而產(chǎn)生一個(gè)很大的偏移量,，所以就會(huì)跳了。我們可以簡單的使用一個(gè)布爾變量檢驗(yàn)我們是否是第一次獲取鼠標(biāo)輸入,，如果是,，那么我們先把鼠標(biāo)的位置更新為xpos和ypos，這樣就能解決這個(gè)問題,；最后的鼠標(biāo)移動(dòng)會(huì)使用進(jìn)入以后鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)來計(jì)算它的偏移量：

if(firstMouse) // 這個(gè)bool變量一開始是設(shè)定為true的
{
  lastX = xpos;
  lastY = ypos;
  firstMouse = false;
}

最后的代碼應(yīng)該是這樣的：

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

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

    GLfloat sensitivity = 0.05;
    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);
}  

現(xiàn)在我們可以自由的在3D場景中移動(dòng)了！如果你遇到困難,，這是源碼,。

縮放

我們還要往攝像機(jī)系統(tǒng)里加點(diǎn)東西，實(shí)現(xiàn)一個(gè)縮放接口,。前面教程中我們說視野(Field of View或fov)定義了我們可以看到場景中多大的范圍,。當(dāng)視野變小時(shí)可視區(qū)域就會(huì)減小，產(chǎn)生放大了的感覺,。我們用鼠標(biāo)滾輪來放大,。和鼠標(biāo)移動(dòng)、鍵盤輸入一樣我們需要一個(gè)鼠標(biāo)滾輪的回調(diào)函數(shù)：

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

yoffset值代表我們滾動(dòng)的大小。當(dāng)scroll_callback函數(shù)調(diào)用后,，我們改變?nèi)?code>aspect變量的內(nèi)容,。因?yàn)?code>45.0f是默認(rèn)的fov，我們將會(huì)把縮放級(jí)別限制在1.0f到45.0f,。

我們現(xiàn)在在每一幀都必須把透視投影矩陣上傳到GPU,，但這一次使aspect變量作為它的fov：

projection = glm::perspective(aspect, (GLfloat)WIDTH/(GLfloat)HEIGHT, 0.1f, 100.0f);

最后不要忘記注冊(cè)滾動(dòng)回調(diào)函數(shù)：

glfwSetScrollCallback(window, scroll_callback);

現(xiàn)在我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的攝像機(jī)系統(tǒng)，它能夠讓我們?cè)?D環(huán)境中自由移動(dòng),。

自由的去實(shí)驗(yàn),，如果遇到困難對(duì)比源代碼。

攝像機(jī)類

接下來的教程我們會(huì)使用一個(gè)攝像機(jī)來瀏覽場景，從各個(gè)角度觀察結(jié)果,。然而由于一個(gè)攝像機(jī)會(huì)占教程的很大的篇幅,，我們會(huì)從細(xì)節(jié)抽象出創(chuàng)建一個(gè)自己的攝像機(jī)對(duì)象。與著色器教程不同我們不會(huì)帶你一步一步創(chuàng)建攝像機(jī)類,，如果你想知道怎么工作的的話,，只會(huì)給你提供一個(gè)(有完整注釋的)源碼。

像著色器對(duì)象一樣,，我們把攝像機(jī)類寫在一個(gè)單獨(dú)的頭文件中,。你可以在這里找到它。你應(yīng)該能夠理解所有的代碼,。我們建議您至少看一看這個(gè)類,，看看如何創(chuàng)建一個(gè)自己的攝像機(jī)類。

使用新的攝像機(jī)對(duì)象的更新后的版本源碼可以在這里找到,。(譯注：總而言之這個(gè)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)并不十分完美,，你可以看看最終的源碼,。建議先看這篇文章，對(duì)旋轉(zhuǎn)有更深的理解后,，你就能做出更好的攝像機(jī)類,，不過本文有些內(nèi)容比如如何防止按鍵停頓和glfw鼠標(biāo)事件實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的注意事項(xiàng)比較重要，其它的就要做一定的取舍了)

練習(xí)

• 看看你是否能夠變換攝像機(jī)類從而使得其能夠變- 成一個(gè)真正的FPS攝像機(jī)(也就是說不能夠隨意飛行),；你只能夠呆在xz平面上: 參考解答

• 試著創(chuàng)建你自己的LookAt函數(shù),，使你能夠手動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)我們?cè)谝婚_始討論的觀察矩陣。用你的函數(shù)實(shí)現(xiàn)來替換glm的LookAt函數(shù),，看看它是否還能一樣的工作：參考解答