第三人稱攝象機(jī)系統(tǒng)例子

Translator：自由騎士篤志（王宏張）

Data：2008-5-14

l        前言

Ogre是一款優(yōu)秀的3D圖形渲染引擎，在國(guó)內(nèi)，很多前輩從04年甚至更早就對(duì)它有了深入的了解，并留了許多譯文和心得，極大的便利了我的學(xué)習(xí)。雖然我起步比較晚，但仍希望自己學(xué)習(xí)間的這些記錄和翻譯能夠幫助到他人，如您對(duì)Ogre有所心得和資料，望提供至Ogre中文Wiki http://ogre3d.cn/wiki中大家共享交流。

因能力所限，翻譯和整理難免有錯(cuò)誤之處，歡迎各位指正。

Blog： http:\\hi.baidu.com\freedomknightduzhi

E-mail： duzhi5368@163.com

大部分譯文來(lái)自 http://www.ogre3d.org ，如原文內(nèi)無(wú)說(shuō)明，不再額外查證來(lái)源以及原作者名稱。

 

l        想法來(lái)源

這個(gè)第三人稱攝象機(jī)系統(tǒng)的想法來(lái)源于我玩的一款游戲《寂靜嶺2》，在其中有一些圖象上的BUG，我甚至能從其中發(fā)現(xiàn)一些不正常的“線”，如果你也看過(guò)，你會(huì)明白我說(shuō)的情況。

       一般情況下，該系統(tǒng)中同一時(shí)刻內(nèi)整個(gè)場(chǎng)景中有且僅有一個(gè)攝象機(jī)。和其他的第一/三人稱攝象機(jī)系統(tǒng)不同的是，我的這套系統(tǒng)中，攝象機(jī)是完全獨(dú)立與整個(gè)場(chǎng)景的（除根結(jié)點(diǎn)Root以外 --- 它是程序的核心）。

       這個(gè)系統(tǒng)能使我們獲得非常優(yōu)秀的特效和軟件環(huán)境，也提供了我們一個(gè)非常友好的方式來(lái)查看整個(gè)場(chǎng)景。

       概括來(lái)說(shuō)，這個(gè)核心攝象機(jī)ExtendedCamera由 兩個(gè)場(chǎng)景結(jié)點(diǎn)共同組成，它們分別是“攝象機(jī)管理器”和“攝象機(jī)的對(duì)象”。攝象機(jī)管理器用來(lái)保證攝象機(jī)永遠(yuǎn)朝向攝象機(jī)的對(duì)象。如果我們移動(dòng)“對(duì)象”，攝象機(jī) 將會(huì)平移。如果我們移動(dòng)“管理器”，則會(huì)使攝象機(jī)圍繞著“對(duì)象”進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，我們也可以兩者一起移動(dòng)獲得更多的情況。

       上面是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單功能的說(shuō)明。我們還可以為攝象機(jī)增加一些震動(dòng)特效，也可以通過(guò)虛擬攝象機(jī)實(shí)現(xiàn)一些電影效果等等。

       下面，我將講述如何在一個(gè)Demo中實(shí)現(xiàn)三種攝象機(jī)模式。

l         可旋轉(zhuǎn)第三人稱攝象機(jī)

首先，我們有一個(gè)主角，它有三重性質(zhì)。首先，它本身是一個(gè)重要的場(chǎng)景結(jié)點(diǎn)（主角），又是一個(gè)可見(jiàn)的結(jié)點(diǎn)（我們的攝象機(jī)的目標(biāo)結(jié)點(diǎn)），還是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)（主角的眼睛本身可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和觀察）。還有很多方法可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，但是我認(rèn)為這種方法比較簡(jiǎn)單。

       我們接下來(lái)要做的就是，使它本身“可見(jiàn)的結(jié)點(diǎn)”這一特性結(jié)點(diǎn)做為我們“攝象機(jī)的目標(biāo)”，而“可旋轉(zhuǎn)的攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)”這一特性結(jié)點(diǎn)做為攝象機(jī)本身。

       “可見(jiàn)的結(jié)點(diǎn)”意味著主角大部分時(shí)間應(yīng)該處于屏幕的中心，但當(dāng)主角處于“調(diào)查”狀態(tài)時(shí)，它自身就變成了一個(gè)攝象機(jī)，這時(shí)它能夠獲得更寬闊的視野。

       （譯者：還不理解的朋友可以玩玩單機(jī)的《零》系列或射擊類游戲。通常為第三人稱，一旦開(kāi)啟瞄準(zhǔn)鏡時(shí)，就變成了第一人稱，即作者所說(shuō)的“主角成為了一個(gè)攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)”。）

l         綁定的第三人稱攝象機(jī)

這種類型的攝象機(jī)非常常見(jiàn)，例如《寂靜嶺》……（譯者：- -看來(lái)作者是SH的粉絲……）這種攝象機(jī)意味著攝象機(jī)永遠(yuǎn)鎖定主角，但僅鎖定一個(gè)方面。（譯者：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即永遠(yuǎn)無(wú)法旋轉(zhuǎn)攝象機(jī)看到主角的正面。）

這種類型的攝象機(jī)與可旋轉(zhuǎn)的第三人稱攝象機(jī)類似。

l         第一人稱攝象機(jī)

我們使用主角的位置作為攝象機(jī)的位置。在該模式下，我們將攝象機(jī)的“目標(biāo)結(jié)點(diǎn)”設(shè)置為空，同時(shí)也將以主角結(jié)點(diǎn)為目標(biāo)的攝象機(jī)隱藏起來(lái)。

以上，就是三種攝象機(jī)的區(qū)別。

l        需要緊記的一些事情

l         調(diào)整系統(tǒng)

如果攝象機(jī)受到場(chǎng)景中的一些對(duì)象影響，我們則需要對(duì)攝象機(jī)進(jìn)行一些調(diào)整。

l         攝象機(jī)移動(dòng)

攝象機(jī)以及攝象機(jī)目標(biāo)點(diǎn)可以這樣移動(dòng)：我們計(jì)算攝象機(jī)坐標(biāo)和目標(biāo)點(diǎn)之間的差距，最終得到一個(gè)矩陣，讓它作用于攝象機(jī)使其移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)。

l         緊密器

按照我們上面說(shuō)的移動(dòng)方式，我們會(huì)感覺(jué)到攝象機(jī)的移動(dòng)很生硬，不夠平滑。所以這個(gè)“移動(dòng)緊密器”的概念就出來(lái)了。這個(gè)緊密器因素是一個(gè)0,0 – 1.0之間的值，我們?cè)谟?jì)算出攝象機(jī)的移動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣時(shí)，用它來(lái)進(jìn)行影響。

       1：若該因素為1.0，則表明當(dāng)目標(biāo)單元移動(dòng)，攝象機(jī)同樣移動(dòng)。

       2：若該因素為0.0，則當(dāng)目標(biāo)單元移動(dòng)時(shí)，攝象機(jī)完全不動(dòng)。

       3：該因素在0.0 – 1.0之間時(shí)，將會(huì)對(duì)攝象機(jī)的變換矩陣做出影響。

l        源代碼以及說(shuō)明

你可以從http://www.ugr.es/local/agsh/ogre/ExtendedCameraSample.zip這里下載Alberts的這套代碼。

       首先，我們包含OGRE的例子框架文件頭。

 

       // 攝象機(jī)系統(tǒng)例子 By Kencho

       #include “ExampleApplication.h”

 

       接下來(lái)，我們定義一個(gè)角色類。這個(gè)類中將定義一個(gè)對(duì)象所處的多種特性屬性（即是攝象機(jī)又是攝象機(jī)的目標(biāo)對(duì)象）。當(dāng)然，在一個(gè)游戲中，你需要為角色類定義更多的屬性。 ：）

 

       // 普通角色類

       Class Charater

{

       Protected:

              SceneNode *mMainNode;      // 主角結(jié)點(diǎn)

              SceneNode *mSightNode;      // 可見(jiàn)結(jié)點(diǎn)，主角應(yīng)當(dāng)一直看著這里

              SceneNode *mCameraNode;  // 鎖定攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)圍繞主角移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)

              Entity *mEntity;                   // 角色實(shí)體

              SceneManager *mSceneMgr;

       Public:

              // 更新主角狀態(tài)（如移動(dòng)等……）

              Virtual void update (Real elapsedTime, InputReader *input) = 0;

              // 下面兩個(gè)方法返回?cái)z象機(jī)結(jié)點(diǎn)指針

              SceneNode *getSightNode(){ return mSightNode ;}

              SceneNode *getCameraNode(){ return mCameraNode; }

              // 返回主角當(dāng)前坐標(biāo)（第一人稱攝象機(jī)時(shí)需要）

              Vector3 getWorldPosition(){ return mMainNode->getWorldPosition(); }

};

 

接下來(lái)，我們對(duì)角色類特化實(shí)現(xiàn)一下。我認(rèn)為在Demo弄一個(gè)漂浮的食人魔腦袋做主角挺不錯(cuò)。所以我們寫一個(gè)實(shí)例化的類。

 

       // 特殊的實(shí)例化角色類 – 我們可愛(ài)的Ogre

       Class OgreCharater : public Character

{

Protected:

       String mName;

Public:

       OgreCharater(String name, SceneManager *sceneMgr)

{

       // 保存類成員變量

       mName = name;

       mSceneMgr = sceneMgr;

       // 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)用來(lái)存放綁定第三人稱的攝象機(jī)

mMainNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);

    mSightNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_sight”, Vector3(0, 0, 100));

    mCameraNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_camera”, Vector3(0, 50, -100));

    // 為角色綁定一個(gè)實(shí)體

    mEntity = mSceneMgr->createEntity(mName, “OgreHead.mesh”);

    mMainNode->attachObject(mEntity);

}

 

Void update(Real elapsedTime, InputReader *input)

{

       // 移動(dòng)

       If (input->isKeyDown(KC_W))

{

       mMainNode->translate(mMainNode->getOrientation() * Vector3(0, 0, 100 * elapsedTime));

}

       If (input->isKeyDown(KC_S))

{

       mMainNode->translate(mMainNode->getOrientation() * Vector3(0, 0, -50 * elapsedTime));

}

       If (input->isKeyDown(KC_A))

{

       mMainNode->yaw(Radian(2 * elapsedTime));;

}

       If (input->isKeyDown(KC_D))

{

       mMainNode->yaw(Radian(-2 * elapsedTime));;

}

}

 

// 設(shè)置自身是否可見(jiàn)，這對(duì)于第一人稱視角很有用。

Void setVisible(bool visible)

{

       mMainNode->setVisible(visible);

}

};

 

為了保證代碼簡(jiǎn)單，我這里不再寫一些關(guān)于主角的模型動(dòng)畫，控制等函數(shù)。

       現(xiàn)在，進(jìn)入有趣的部分：擴(kuò)展的攝象機(jī)類。它就如我之前所說(shuō)明的思路一樣去設(shè)計(jì)的，所以，如果你對(duì)本部分代碼有什么疑問(wèn)，你可以看一下先前我的講述。

      

       // 我們的擴(kuò)展攝象機(jī)類

       Class ExtendedCamera

       {

       Protected:

              SceneNode *mTargetNode;    // 攝象機(jī)目標(biāo)結(jié)點(diǎn)

              SceneNode *mCameraNode;  // 攝象機(jī)自身結(jié)點(diǎn)

              Camera *mCamera;              // Ogre攝象機(jī)

              SceneManager *mSceneMgr;

              String mName;

              Bool mOwnCamera;             // 判斷是否是本類創(chuàng)建的攝象機(jī)，或是類外傳入的攝象機(jī)

              Real mTightness;                  // 攝象機(jī)捆綁緊密度。1.0表示攝象機(jī)與目標(biāo)的移動(dòng)保持完全一致。0.0表示攝象機(jī)不移動(dòng)，完全不受目標(biāo)移動(dòng)的影響。

       Public:

              ExtendedCamera(String name, SceneManager *sceneMgr, Camera *camera = 0)

{

       mName = name;

       mSceneMgr = sceneMgr;

       // 創(chuàng)建攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

       mCamreaNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);

       mTargetNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName + “_target”);

       // 攝象機(jī)永遠(yuǎn)朝向目標(biāo)結(jié)點(diǎn)

mCameraNode->setAutoTracking(true, mTargetNode);

// 因?yàn)樾枰詣?dòng)跟蹤，所以該項(xiàng)要設(shè)為true

mCameraNode->setFixedYawAxis(true);

 

// 假如沒(méi)有從參數(shù)獲得一個(gè)攝象機(jī)，我們則自己創(chuàng)建

If (camera == 0)

{

       mCamera = mSceneMgr->createCamera(mName);

       mOwnCamera = true;

}else

{

       mCamera = camera;

       mOwnCamera = false;

}

// 為攝象機(jī)結(jié)點(diǎn)綁定一個(gè)Ogre攝象機(jī)

mCameraNode->attachObject(mCamera);

// 默認(rèn)的攝象機(jī)捆綁緊密系數(shù)

mTightness = 0.01f;

}

 

~ExtendedCamera()

{

       mCameraNode->detachAllObjects();

       if (mOwnCamera)

              delete mCamera;

       mSceneMgr->destroySceneNode(mName);

       mSceneMgr-> destroySceneNode(mName + “_target”);

}

 

Void setTightness(Real tightness)

{

       mTightness = tightness;

}

 

Real getTightness()

{

       Return mTightness;

}

 

Vector3 getCameraPosition()

{

       Return mCameraNode->getPosition();

}

 

Void instantUpdate(Vertor3 cameraPosition, Vector3 targetPosition)

{

       mCameraNode->setPosition(cameraPosition);

mTargetNode->setPosition(targetPosition);

}

 

Void update(Real elapsedTime, Vector3 cameraPosition, Vector3 targetPositon)

{

       // 管理移動(dòng)

       Vector3 displacement;

       Displacement = (cameraPosition – mCameraNode->getPosition()) * mTightness;

       mCameraNode->translate( displacement );

       Displacement = (targetPosition – mTargetNode->getPosition()) * mTightness;

       mTargetNode ->translate( displacement );   

}

};

 

在每一楨的楨監(jiān)聽(tīng)中，更變攝象機(jī)，角色和攝象機(jī)模式。

 

       Class SampleListener : public ExampleFrameListener

       {

       Protected:

              Character *mChar;

              ExtendedCamera *mExCamera;

              Unsigned int mMode;    // 攝象機(jī)模式，現(xiàn)在支持第一人稱，綁定的第三人稱攝象機(jī)和動(dòng)態(tài)捕捉第三人稱攝象機(jī)

       Public:

              SampleListener(RenderWindow *win, Camera *cam) : ExampleFrameListener(win, cam)

              {

                     mChar = 0;

                     mExCamera = 0;

                     mMode = 0;

}

 

Void setCharacter(Character * character)

{

       mChar = character;

}

 

Void setExtendedCamera(ExtendedCamera *cam)

{

       mExCamera = cam;

}

 

Bool frameStarted( const FrameEvent& evt )

{

       mInputDevice->capture();

 

       if (mChar)

       {

              mChar->update(evt.timeSinceLastFrame, mInputDevice);

              if (mExCamera)

              {

                     Switch(mMode)

                     {

                            // 動(dòng)態(tài)捕捉型第三人稱攝象機(jī)

                            case 0:

mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, mChar->getCameraNode()->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

break;

                                          // 綁定的第三人稱攝象機(jī)

                                          case 1:

                                                 mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, Vector3(0, 200, 0), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

                                                 break;

                                          // 第一人稱攝象機(jī)

                                          case 2:

                                                 mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, mChar->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

                                                 break;

}

}

}

// F1鍵切換為動(dòng)態(tài)捕捉型第三人稱攝象機(jī)

If (mInputDevice->isKeyDown(KC_F1))

{

       mMode = 0;

       if (mChar)

              static_cast<OgreCharacter* >(mChar)->setVisible(true);

       if (mExCamera)

       {

              If (mChar)

              {

mExCamera->instantUpdate(mChar->getCameraNode()->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

}     

              mExCamera->setTightness(0.01f);      

}

}

//  F2切換為綁定的第三人稱攝象機(jī)

If( mInputDevice->isKeyDown(KC_F2))

{

       mMode = 1;

       if (mChar)

              static_cast<OgreCharacter*>(mChar)->setVisible(true);

       if (mExCamera)

       {

              If (mChar)

                     mExCamera->instanceUpdate(Vector3(0, 200, 0), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

              mExCamera->setTightness(0.01f);

}

}

 

// F3鍵切換為第一人稱攝象機(jī)

If (mInputDevice->isKeyDown(KC_F3))

{

       mMode = 2;

       if (mChar)

              static_cast<OgreCharacter*>(mChar)->setVisible(true);

       if(mExCamera)

{

              If (mChar)

              {

mExCamera->instantUpdate(mChar->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());

}     

              mExCamera->setTightness(1.0f); 

}

}

// 若按下ESC就退出

If (mInputDevice->isKeyDown(KC_ESCAPE))

       Return false;

 

Return true;

}

};

 

下面是一個(gè)App程序的樣本，如果你不理解這段代碼，你可以看一下其他的Ogre文章。

 

Class SampleApplication : public ExampleApplication

{

       Public:

              SampleApplication(){}

              ~ SampleApplication(){}

       Protected:

              // 創(chuàng)建場(chǎng)景

              Void createScene(void)

              {

                     // 設(shè)置環(huán)境光

                     mSceneMgr->setAmbientLight(ColourValue(0.2, 0.2, 0.2));

                     // 創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)光源

                     Light* l = mSceneMgr->createLight(“MainLight”);

                     // 這個(gè)點(diǎn)光源使用默認(rèn)設(shè)置

                     l->setType(Light::LT_DIRECTIONAL);

                     l->setDirection(-0.5, -0.5, 0);

                     // 攝象機(jī)位置

                     mCamera->setPosition(0, 0, 0);

                     // 為場(chǎng)景添加一些實(shí)體對(duì)象

                     SceneNode* razorNode;

                     Entity* razorEntity;

                     For (unsigned int i = 0; i< 30; ++i)

                     {

                            razorNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(StringConverter::toString(i), Vector3(Mesh::RangeRandom(-1000, 1000), 0, Math::RangeRandom(-1000, 1000)));

                            razorEntity = mSceneMgr->createEntity(StringConverter::toString(i), “razor.mesh”);

                            rezorNode->attachObject(razorEntity);

}

 

// 主角

OgreCharacter *ogre = new OgreCharacter(“Ogre 1”, mSceneMgr);

ExtendedCamera *exCamera = new ExtendedCamera(“Extended Camera”, mSceneMgr, mCamera);

// 楨監(jiān)聽(tīng)器用來(lái)管理主角和攝象機(jī)的更新和不同攝象機(jī)模式間的切換

mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);

static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setCharacter(ogre);

static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setExtendedCamera(exCamera);

}

 

Void destroyScene(void){}

Void createFrameListener(void)

{

       // 放棄實(shí)例化我們自己的楨監(jiān)聽(tīng)器

       // mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);

       mRoot->addFrameListener(mFrameListener);

}

};

 

注意：在createFrameListener（）函數(shù)中，我們并沒(méi)有構(gòu)造創(chuàng)建楨監(jiān)聽(tīng)器，所以不會(huì)有兩個(gè)監(jiān)聽(tīng)器。這是非常重要的，若我們創(chuàng)建兩個(gè)楨監(jiān)聽(tīng)器，這個(gè)程序?qū)?huì)當(dāng)機(jī)。

 

#if OGRE_PLATFORM == OGRE_PLATFORM_WIN32

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN

#include “windows,h”

 

INT WINAPI WinMain(HINSTANCE hInst, HINSTANCE, LPSTR strCmdLine, INT)

#else

Int main(int argc, char** argv)

#endif

{

       // 創(chuàng)建APP實(shí)例

       SampleApplication app;

Try

{ app.go(); }

Catch( Exception & e)

{

              #if OGRE_PLATFORM == OGRE_PLATFORM_WIN32

       MessageBox( NULL, e.getFullDescription().c_str(), “An Exception has occurred!”, MB_OK | MB_ICONERROR );

       #else

       Fprintf(stderr, “An Exception has occurred: %s\n”, e.getFullDescription().c_str());

       #endif

}

Return 0;

}

 

l        結(jié)束語(yǔ)

希望這篇文章對(duì)你有用處，我會(huì)之后再更新它來(lái)進(jìn)行更多的解釋說(shuō)明。感謝您的閱讀。

Kencho