读《JSR-184里封装照相机的look-at方法》心得

2019-11-18 16:12:27

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供稿：网友

SE网站上发过一篇JSR184封装look at的文章，本站也进行过翻译，看后很受启发，不过也有一些自己的小意见。现在拿出来和大家分享。
首先来看一下原文中给出的方法
PRivate void lookAt(float a_posX, float a_posY, float a_posZ,
      float a_lookX, float a_lookY, float a_lookZ,
      float a_upX, float a_upY, float a_upZ){
    // Cross prodUCt to get side vector
    float sideX = (a_lookY * a_upZ) - (a_lookZ * a_upY);
    float sideY = (a_lookZ * a_upX) - (a_lookX * a_upZ);
    float sideZ = (a_lookX * a_upY) - (a_lookY * a_upX);
    float[] sm_mtx=new float[16];

    float inv_len = 1.0f /
  (float) java.lang.Math.sqrt(sideX * sideX
  + sideY * sideY
  + sideZ * sideZ);
    sideX *= inv_len;
    sideY *= inv_len;
    sideZ *= inv_len;

    // make up vector perpendicular
    a_upX = (sideY * a_lookZ) - (sideZ * a_lookY);
    a_upY = (sideZ * a_lookX) - (sideX * a_lookZ);
    a_upZ = (sideX * a_lookY) - (sideY * a_lookX);
    // footnote: up is unit size because side and look are perpendicular

    sm_mtx[0] = sideX;
    sm_mtx[1] = a_upX;
    sm_mtx[2] = -a_lookX;
    sm_mtx[3] = a_posX;
    sm_mtx[4] = sideY;
    sm_mtx[5] = a_upY;
    sm_mtx[6] = -a_lookY;
    sm_mtx[7] = a_posY;
    sm_mtx[8] = sideZ;
    sm_mtx[9] = a_upZ;
    sm_mtx[10] = -a_lookZ;
    sm_mtx[11] = a_posZ;
    sm_mtx[12] = 0.0f;
    sm_mtx[13] = 0.0f;
    sm_mtx[14] = 0.0f;
    sm_mtx[15] = 1.0f;

    /*
    for(int i=0;i<4;i++){
    System.out.print(sm_mtx[i*4]);
    System.out.print("/t"+sm_mtx[i*4+1]);
    System.out.print("/t"+sm_mtx[i*4+2]);
    System.out.println("/t"+sm_mtx[i*4+3]);
    }
    */
    camera_Tran.set(sm_mtx);

}

这里我不想分析这个矩阵运算的推导过程，这里我要谈一下这个方法中的参数问题。
private void lookAt(float a_posX, float a_posY, float a_posZ,
      float a_lookX, float a_lookY, float a_lookZ,
      float a_upX, float a_upY, float a_upZ)
一共9个参数，前三个是摄影机的位置不用多说，后六个分别是朝向和顶方向，但是这里要说的一定要注意原文作者应该主意在封装与Mascot Capsule v3一样的lookAt方法，所以如果对Mascot Capsule v3不熟悉的人可能会错误理解这个参数的意思。下面我来解释一下：这6个参数实际上是表示了两个单位向量，一个是看的朝向向量即float a_lookX, float a_lookY, float a_lookZ；另外一个是顶方向向量即float a_upX, float a_upY, float a_upZ。那么也许有人要为有什么区别吗？当然有，以朝向单位向量为例子，如果你给出的仅仅是摄影机的位置与要观察点坐标那么那么观察的位置肯定不对；如果你给出的是观察位置和摄影机位置的差向量，似乎是对了吧，其实也不对，你可以把上面代码中我注释掉的部分重新使用，观察你得到的矩阵，你不难发现得到矩阵其实是缩放后的矩阵。因此为了能正常使用就需要你把朝向向量和顶向量做单位化，以得到单位向量。
现在来改造一下这个方法，让我们使用起来更直观一些
private float[] IdentityVector(float x1,float y1,float z1,float x2,float y2,float z2){
  float[] ide=new float[3];
  float len=(float)java.lang.Math.sqrt((x2-x1)*(x2-x1)+(y2-y1)*(y2-y1)+(z2-z1)*(z2-z1));
  ide[0]=(x2-x1)/len;
  ide[1]=(y2-y1)/len;
  ide[2]=(z2-z1)/len;
  return ide;
}
我在这里添加了这样一个方法，这样一来，我们可以直接给定摄影机的位置，观察点的位置，来设置lookAt
private void myLookAt(float a_posX, float a_posY, float a_posZ,
      float a_lookX, float a_lookY, float a_lookZ,
      float a_upX, float a_upY, float a_upZ){
    float[3] a_look=new float[3];
    a_look=IdentityVector(a_posX,a_posY, a_posZ,
               a_lookX, a_lookY,a_lookZ);
    float[3] a_up=new float[3];
    a_up=IdentityVector(a_upX,a_upY, a_upZ,
               0,0,0);
    lookAt(a_posX,a_posY,a_posZ,
              a_look[0],a_look[1],a_look[2],
                  a_up[0],a_up[1],a_up[2]);
      }
其实变化也只是添加了一个单位化向量，但是现在我们可以更直接的使用lookAt了，其实还可以在简单一些，就不用在单位化顶向量，顶向量一般是给定的，并不需要经常变换，所以可以直接给出0，1，0这样的值，就可以节省一次单位化。
以上只是我自己的一点理解。希望能和大家多多交流，可以来邮件联系我merlin.wei@Gmail.com