libgdx学习之Camera

Camera定义

游戏中，Camera用来向用户展示场景，Camera就像一个摄像机，摄像机里面的景象就是Camera的展示范围，如下图所示：

libgdx学习之Camera

在3D空间中Camera被定义为一个位置，有一个单位“方向”向量和一个“向上”的单位向量组成，方向和向上向量告诉OpenGL 当前Camera如何定向。

视景体

Camera的另一个重要特性是视觉平截体(View Frustrum)，在上面的图片中可以看到一个被砍去顶尖的角锥体，这就是一个视觉平截体，所以视觉平截体内部的东西都可以在屏幕上看到，视觉平截体被六个剖面确定，near、far、left、right、top、bottom。near剖面还有一个特殊的性质：你可以认为它是相机照出的照片中的平面。这个由3D转换为2D的过程，称为投影，通常有两种投影：orthographic projection(正交投影) 和 perspective projection(透视投影、中心投影)，正交投影在2D的图形中经常使用，无论物体离camera远近，物体在屏幕上的大小始终一样。透视投影是现实世界中的成像原理：物体离眼睛越远，物体的就越小。不同的投射类型就是改变视景体的形状，透视投影的视觉平截体形状就是上图的角锥体形状，正交投影的视觉平截体是一个长方体，投影的过程简单来说：对于物体上的每一个点，计算这个点到camera之间的连线是否与near剖面相交。下图是正交投影与透视投影的图片示例：

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由此可以看出为什么在透视投影下，屏幕上越远的物体会越小，而正交投影下，物体保持大小不变。OpenGL一般使用3D空间展示，无论你是绘图还是输出字符串，当你使用正交投影时，可以假设z轴不存在，下图就是一个2D精灵在3D空间中的样子：

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因此，在这里可以忽略2D和3D的不同之处，下图是一个在未设置任何矩阵(matrix)下使用SpriteBatch绘图的正交视景体

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我们所做的就是让我们的精灵在x/y平面上移动，忽略z轴，保持我们一直工作在2D空间的假象

透视投影使用两个属性来定义它的投影规则：广角和纵横比(长宽比)，广角是一个角度值，用来定义视场有多大”开口“，如下图

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纵横比是视口的宽度和高度比。视口是一个长方形，即camera用来进行渲染图像的地方，一个480*320像素的窗口，它的纵横比是480/320。

Camera相关类

Camera：基础类

OrthographicCamera：正交Camera 继承自Camera

PerspectiveCamera：投影Camera继承在Camera

首先看Camera类

public abstract class Camera {				
	public final Vector3 position = new Vector3();
	public final Vector3 direction = new Vector3(0, 0, -1);	
	public final Vector3 up = new Vector3(0, 1, 0);

三个公共成员分别是Camera的位置、方向、up向量，采用的是默认属性，因此camera默认位于原点，z轴默认朝上。

public final Matrix4 projection = new Matrix4();
public final Matrix4 view = new Matrix4();
public final Matrix4 combined = new Matrix4();
public final Matrix4 invProjectionView = new Matrix4();

这是一系列的在OpenGL ES 2.0中用到的矩阵，前两个是投影和模型视图矩阵，第三个是前两个的结合，第四个是第三个的翻转，经常用来做提取登时，这些都不会经常使用到

public float near = 1;	
	public float far = 100;	
	public float viewportWidth = 0;
	public float viewportHeight = 0;

这是near和far剖面距离camera的距离，以及视口的宽度和高度，near和far必须遵循0<=near<far的公式。默认情况情况下near剖面距离camera是1个单位，对于正交投影，near经常设置为0，width和height用来计算透视投影的纵横比或者正交投影的视景体长方体

public final Frustum frustum = new Frustum();

最后的成员是Frustum，有6个平面组成，Frustum可以用来进行裁剪：检测一个物体是否在Frustum内，如果不在则不绘制它。Frustum有一些的方法用来检测一个盒子、球体或者一个点是否在Frustum中。

public abstract void update();
	public void apply(GL10 gl);

这是两个常用方法，update方法用来重新计算camera的举证，当camera的属性发生改变时进行调用。apply方法用来设置camera的GL_PROJECTION或者GL_MODELVIEW矩阵，不过这个方法在OpenGL ES 2.0上不可用。

public void unproject(Vector3 vec);	
public void project(Vector3 vec);
public Ray getPickRay(float x, float y);

最后是几个你可能用到额高级方法。unproject方法用来从屏幕坐标中取得一个点，并产生这个点的三位坐标。与原有类的OrthographicCamera.screenToWorld()左右相同，也等同于gluUnproject方法。x、y坐标是可触坐标，参数中的z坐标是个0和1之间的值，0表示点位于near平面，1表示点位于far平面；

project方法正好相反，从3D世界中取得一个点，并转换成屏幕上的2d点；

getPickRay方法会返回一个直线，可以想象成3D世界中，从camera位置到x、y的一条直线，用来检测这个直线是否与其他图形或者物体接触到。

public class OrthographicCamera extends Camera {
	public float zoom = 1;
 
	public OrthographicCamera(float viewportWidth, float viewportHeight);

OrthographicCamera有一个额外成员zoom用来定义缩放因子。构造参数定义了camera的视口width和高度，如果想要最佳的利用机器像素，只需要在这里定义GRaphics.getWidth()/getHeight()，也可以使用不同的单位，比如厘米。

public class PerspectiveCamera extends Camera {		
	public float fieldOfView = 67;
 
	public PerspectiveCamera(float fieldOfView, float viewportWidth, float viewportHeight);

PerspectiveCamera 也有一个额外的成员，广角。

文章翻译完，对Camera的理解又进了一层。

参考资料：

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

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