计算机图形学:世界移动

Question

我已经实现了

我已经实现了一个应用程序，它能够在屏幕上呈现一个多边形列表，带有一个特定的静态摄像机设置(位置、查看和向上向量)，所有这些都是纯Java的，没有OpenGL。

我首先应用模型视图矩阵，然后应用投影到2D矩阵，然后应用视口矩阵。

我还在世界上实现了一些基本的变换矩阵，如平移、X/Y/Z轴围绕lookAt点的旋转和围绕lookAt点的缩放。

我现在想要实现的

我想在这个世界上“移动”。具体来说，我想要用键盘箭头向前、向后、向左和向右导航，并且能够用鼠标查看不同的点。就像在真正的游戏里一样。

我想这是通过每次改变相机参数和渲染世界来完成的。

但有那么简单吗？

在这个世界上移动就是把x，y值加到摄像机的位置上，然后看一个点？

另外，鼠标移动是不是只是在添加x，y来看一点呢？

在任何情况下我都要触摸向上向量吗？

信息丰富的答案，加上更多的相关链接，也将真正有帮助。

Answer 1

您可以通过矩阵的结构化管理来实现此行为。尤其是视图矩阵。在大多数情况下，向x/y位置添加一些东西是不正确的，因为相机可能是旋转的。

让我们用V表示当前视图矩阵。如果要移动摄像机，则必须计算新的视图转换：

V := Translate(-x, -y, -z) * V

，其中Translate(a, b, c)是一个平移矩阵。-x代表左/右方向的运动。-y表示向上/向下。-z表示向前/向后。

如果你想旋转相机，也可以这样做：

V := Rotate(-angle, axis) * V

，其中Rotate(-angle, axis)是一个旋转矩阵。使用x轴的旋转来上下看，用y轴的旋转来看左/右。通常不需要围绕z轴旋转，因为它给相机带来了一个滚转.

大多数参数被否定的原因是视图转换是逆变换。也就是说，他们不定位相机物体，但他们重新定位世界，就像相机在原点一样。

Answer 2

首先看一看Understanding 4x4 homogenous transform matrices

1. 提取你的相机轴向量 如果您查看链接答案中的第一个图像，您将看到向量存储在哪里。注意，如果你有转置布局，那么向量也是转置的。
2. 运动 运动很容易，你只需add/sub方向矢量到你的相机矩阵的原点。例如，我的相机有Z-作为前进方向。因此，我从矩阵中取Z-axis向量(在我的例子中已经是单位)，用速度和时间(运行运动代码的计时器间隔)乘以它。下面是我的移动代码通常的样子： //--------------------------------------------------------------------------- void __fastcall Twin_main::FormKeyDown(TObject *发件人，WORD & key，TShiftState Shift) { //键盘事件调用任何按键keys.set(Key，Shift)；//将我的密钥映射中的键设置为按下_redraw=true；//键按意味着场景中的某些内容可能会发生变化，因此重画} //--------------------------------------------------------------------------- void __fastcall Twin_main::FormKeyUp(TObject *Sender，WORD & key，( TShiftState Shift) { //键盘事件调用任何键释放keys.rst( key，Shift)；我的密钥映射中的// set键不按} //--------------------------------------------------------------------------- void __fastcall Twin_main::tim_updateTimer(TObject *发件人){ //计时器运行每一个tim_update->区间ms双dt=double( tim_update->Interval )/1000.0；//设定速度和视图模式之间的转换双alfa=2.0*deg；//角速度双v=100000.0/3.6；//运动速度km/hod -> m/s /精度控制if (keys.Shift.Contains(ssAlt )) { v*= 0.1；alfa*= 0.1；} if (keys.Shift.Contains(ssCtrl)) { v*=10.0；alfa*=10.0；} //旋转(局部相机空间) if (keys.get(10 4)){ _redraw=true；eye.rep.lroty(+alfa)；} // num8 if (keys.get(10 5)){ _redraw=true；eye.rep.lroty(-alfa)；}/ num9 if (keys.get(10 0)){ _redraw=true；eye.rep.lrotx(+alfa)；} // num4 if (keys.get( 97)) { _redraw=true；eye.rep.lrotx(-alfa)；} // num1 if (keys.get(111)) { _redraw=true；eye.rep.lrotz(+alfa)；} // num/ if (keys.get(106)) { _redraw=true；eye.rep.lrotz(-alfa)；} // num* if (keys.get( 37)) { _redraw=true；eye.rep.lroty(+alfa)；}/左if (keys.get( 39)) { _redraw=true；eye.rep.lroty(-alfa)；} //右//移动if (keys.get( 96)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0，0.0，-v*dt))；} // num0 if (keys.get(110)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0，0.0，+v*dt))；} // num.if (keys.get( 98)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0.0，-v*dt,0.0))；} // num2 if (keys.get(101)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0.0，+v*dt,0.0))；}/ num5 if (keys.get(10 2)){ _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(-v*dt,0.0,0.0))；} // num6 if (keys.get( 99)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(+v*dt，0.00.0)；}/ num3 if (keys.get( 38)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0.00.0，-v*dt))；}/ up if (keys.get( 40)) { _redraw=true；eye.rep.lpos_set(vector_ld(0，0.0，+v*dt))；} // down keys.rfskey()；//只为高级键盘设备做一些事情，如果(_redraw) {eye.rep.lpos_set()；}}//------------------------- keys是我的类，为16位密钥代码中的每一个都保存了一个位bool，允许我一次处理多个按下的键。eye.rep是我的类，包含正变换矩阵和逆变换矩阵。其成员lpos_set将三维矢量从局部坐标转换为全局坐标，并将其设置为矩阵原点。它的效果与我提到的上述过程相同。deg在弧度上只是恒定的1度，而lrot?是下一颗子弹的局部旋转。
3. 轮调 我不使用欧拉角，因为我恨他们。他们得到的小故障需要以不同的方式处理电线杆，并且经常造成问题。你玩过什么游戏吗?相机的角度旋转被卡住了，不允许你在你想要的地方旋转？或者甚至是反向？然后，这是由于欧拉角用于相机。 我使用本地轮转lrot?代替(参见链接答案如何工作)。他们没有界限，也没有小故障。你需要记住的唯一一件事就是准确性。如果你是旋转矩阵多次，你失去了精度。因此，每几个旋转都保证了它的正交性或正交性。为此，您只需使用交叉乘积使轴再次垂直，并将其长度设置为1或任何您使用的。我在我的矩阵类中有一个计数器，递增每一个变化，当它碰到一个回放时，正交性就恢复了。

正如你所看到的，我用数字板来做运动，箭头是用来左/右转，向前/向后的。现在大多数人使用WSAD，但这对我来说是非常不舒服的。代码取自我的一个VCL应用程序，所以您需要更改事件以匹配您的应用程序。

还可以添加鼠标处理程序.如果你需要Joystick看

• How to get JoyStick Z rotation messages in C++

但我怀疑它是否适用于JAVA，是否适用于Windows。