第三人稱攝象機系統例子
Translator：自由騎士篤志（王宏張）
Data：2008-5-14
l 前言
Ogre是一款優秀的3D圖形渲染引擎，在國內，很多前輩從04年甚至更早就對它有了深入的了解，并留了許多譯文和心得，極大的便利了我的學習。雖然我起步比較晚，但仍希望自己學習間的這些記錄和翻譯能夠幫助到他人，如您對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
大部分譯文來自 http://www.ogre3d.org ，如原文內無說明，不再額外查證來源以及原作者名稱。
l 想法來源
這個第三人稱攝象機系統的想法來源于我玩的一款游戲《寂靜嶺2》，在其中有一些圖象上的BUG，我甚至能從其中發現一些不正常的“線”，如果你也看過，你會明白我說的情況。
一般情況下，該系統中同一時刻內整個場景中有且僅有一個攝象機。和其他的第一/三人稱攝象機系統不同的是，我的這套系統中，攝象機是完全獨立與整個場景的（除根結點Root以外 --- 它是程序的核心）。
這個系統能使我們獲得非常優秀的特效和軟件環境，也提供了我們一個非常友好的方式來查看整個場景。
概括來說，這個核心攝象機ExtendedCamera由
兩個場景結點共同組成，它們分別是“攝象機管理器”和“攝象機的對象”。攝象機管理器用來保證攝象機永遠朝向攝象機的對象。如果我們移動“對象”，攝象機
將會平移。如果我們移動“管理器”，則會使攝象機圍繞著“對象”進行旋轉。當然，我們也可以兩者一起移動獲得更多的情況。
上面是對整個系統的一個簡單功能的說明。我們還可以為攝象機增加一些震動特效，也可以通過虛擬攝象機實現一些電影效果等等。
下面，我將講述如何在一個Demo中實現三種攝象機模式。
l 可旋轉第三人稱攝象機
首先，我們有一個主角，它有三重性質。首先，它本身是一個重要的場景結點（主角），又是一個可見的結點（我們的攝象機的目標結點），還是一個可旋轉的攝象機結點（主角的眼睛本身可以進行旋轉和觀察）。還有很多方法可以實現同樣的功能，但是我認為這種方法比較簡單。
我們接下來要做的就是，使它本身“可見的結點”這一特性結點做為我們“攝象機的目標”，而“可旋轉的攝象機結點”這一特性結點做為攝象機本身。
“可見的結點”意味著主角大部分時間應該處于屏幕的中心，但當主角處于“調查”狀態時，它自身就變成了一個攝象機，這時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的《零》系列或射擊類游戲。通常為第三人稱，一旦開啟瞄準鏡時，就變成了第一人稱，即作者所說的“主角成為了一個攝象機結點”。）
l 綁定的第三人稱攝象機
這種類型的攝象機非常常見，例如《寂靜嶺》……（譯者：- -看來作者是SH的粉絲……）這種攝象機意味著攝象機永遠鎖定主角，但僅鎖定一個方面。（譯者：簡單來說即永遠無法旋轉攝象機看到主角的正面。）
這種類型的攝象機與可旋轉的第三人稱攝象機類似。
l 第一人稱攝象機
我們使用主角的位置作為攝象機的位置。在該模式下，我們將攝象機的“目標結點”設置為空，同時也將以主角結點為目標的攝象機隱藏起來。
以上，就是三種攝象機的區別。
l 需要緊記的一些事情
l 調整系統
如果攝象機受到場景中的一些對象影響，我們則需要對攝象機進行一些調整。
l 攝象機移動
攝象機以及攝象機目標點可以這樣移動：我們計算攝象機坐標和目標點之間的差距，最終得到一個矩陣，讓它作用于攝象機使其移動至目標點。
l 緊密器
按照我們上面說的移動方式，我們會感覺到攝象機的移動很生硬，不夠平滑。所以這個“移動緊密器”的概念就出來了。這個緊密器因素是一個0,0 – 1.0之間的值，我們在計算出攝象機的移動轉換矩陣時，用它來進行影響。
1：若該因素為1.0，則表明當目標單元移動，攝象機同樣移動。
2：若該因素為0.0，則當目標單元移動時，攝象機完全不動。
3：該因素在0.0 – 1.0之間時，將會對攝象機的變換矩陣做出影響。
l 源代碼以及說明
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。
// 攝象機系統例子 By Kencho
#include “ExampleApplication.h”
接下來，我們定義一個角色類。這個類中將定義一個對象所處的多種特性屬性（即是攝象機又是攝象機的目標對象）。當然，在一個游戲中，你需要為角色類定義更多的屬性。 ：）
// 普通角色類
Class Charater
{
Protected:
SceneNode *mMainNode; // 主角結點
SceneNode *mSightNode; // 可見結點，主角應當一直看著這里
SceneNode *mCameraNode; // 鎖定攝象機結點，該結點圍繞主角移動和旋轉
Entity *mEntity; // 角色實體
SceneManager *mSceneMgr;
Public:
// 更新主角狀態（如移動等……）
Virtual void update (Real elapsedTime, InputReader *input) = 0;
// 下面兩個方法返回攝象機結點指針
SceneNode *getSightNode(){ return mSightNode ;}
SceneNode *getCameraNode(){ return mCameraNode; }
// 返回主角當前坐標（第一人稱攝象機時需要）
Vector3 getWorldPosition(){ return mMainNode->getWorldPosition(); }
};
接下來，我們對角色類特化實現一下。我認為在Demo弄一個漂浮的食人魔腦袋做主角挺不錯。所以我們寫一個實例化的類。
// 特殊的實例化角色類 – 我們可愛的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;
// 創建節點用來存放綁定第三人稱的攝象機
mMainNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);
mSightNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_sight”, Vector3(0, 0, 100));
mCameraNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_camera”, Vector3(0, 50, -100));
// 為角色綁定一個實體
mEntity = mSceneMgr->createEntity(mName, “OgreHead.mesh”);
mMainNode->attachObject(mEntity);
}
Void update(Real elapsedTime, InputReader *input)
{
// 移動
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));;
}
}
// 設置自身是否可見，這對于第一人稱視角很有用。
Void setVisible(bool visible)
{
mMainNode->setVisible(visible);
}
};
為了保證代碼簡單，我這里不再寫一些關于主角的模型動畫，控制等函數。
現在，進入有趣的部分：擴展的攝象機類。它就如我之前所說明的思路一樣去設計的，所以，如果你對本部分代碼有什么疑問，你可以看一下先前我的講述。
// 我們的擴展攝象機類
Class ExtendedCamera
{
Protected:
SceneNode *mTargetNode; // 攝象機目標結點
SceneNode *mCameraNode; // 攝象機自身結點
Camera *mCamera; // Ogre攝象機
SceneManager *mSceneMgr;
String mName;
Bool mOwnCamera; // 判斷是否是本類創建的攝象機，或是類外傳入的攝象機
Real mTightness; // 攝象機捆綁緊密度。1.0表示攝象機與目標的移動保持完全一致。0.0表示攝象機不移動，完全不受目標移動的影響。
Public:
ExtendedCamera(String name, SceneManager *sceneMgr, Camera *camera = 0)
{
mName = name;
mSceneMgr = sceneMgr;
// 創建攝象機結點結構
mCamreaNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);
mTargetNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName + “_target”);
// 攝象機永遠朝向目標結點
mCameraNode->setAutoTracking(true, mTargetNode);
// 因為需要自動跟蹤，所以該項要設為true
mCameraNode->setFixedYawAxis(true);
// 假如沒有從參數獲得一個攝象機，我們則自己創建
If (camera == 0)
{
mCamera = mSceneMgr->createCamera(mName);
mOwnCamera = true;
}else
{
mCamera = camera;
mOwnCamera = false;
}
// 為攝象機結點綁定一個Ogre攝象機
mCameraNode->attachObject(mCamera);
// 默認的攝象機捆綁緊密系數
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
Vector3 displacement;
Displacement = (cameraPosition – mCameraNode->getPosition()) * mTightness;
mCameraNode->translate( displacement );
Displacement = (targetPosition – mTargetNode->getPosition()) * mTightness;
mTargetNode ->translate( displacement );
}
};
在每一楨的楨監聽中，更變攝象機，角色和攝象機模式。
Class SampleListener : public ExampleFrameListener
{
Protected:
Character *mChar;
ExtendedCamera *mExCamera;
Unsigned int mMode; // 攝象機模式，現在支持第一人稱，綁定的第三人稱攝象機和動態捕捉第三人稱攝象機
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)
{
// 動態捕捉型第三人稱攝象機
case 0:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame,
mChar->getCameraNode()->getWorldPosition(),
mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
// 綁定的第三人稱攝象機
case 1:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, Vector3(0, 200, 0), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
// 第一人稱攝象機
case 2:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, mChar->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
}
}
}
// F1鍵切換為動態捕捉型第三人稱攝象機
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
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
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:
// 創建場景
Void createScene(void)
{
// 設置環境光
mSceneMgr->setAmbientLight(ColourValue(0.2, 0.2, 0.2));
// 創建一個點光源
Light* l = mSceneMgr->createLight(“MainLight”);
// 這個點光源使用默認設置
l->setType(Light::LT_DIRECTIONAL);
l->setDirection(-0.5, -0.5, 0);
// 攝象機位置
mCamera->setPosition(0, 0, 0);
// 為場景添加一些實體對象
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);
// 楨監聽器用來管理主角和攝象機的更新和不同攝象機模式間的切換
mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);
static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setCharacter(ogre);
static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setExtendedCamera(exCamera);
}
Void destroyScene(void){}
Void createFrameListener(void)
{
// 放棄實例化我們自己的楨監聽器
// mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);
mRoot->addFrameListener(mFrameListener);
}
};
注意：在createFrameListener（）函數中，我們并沒有構造創建楨監聽器，所以不會有兩個監聽器。這是非常重要的，若我們創建兩個楨監聽器，這個程序將會當機。
#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
{
// 創建APP實例
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 結束語
希望這篇文章對你有用處，我會之后再更新它來進行更多的解釋說明。感謝您的閱讀。
Kencho