第三人称摄象机系统例子
Translator：自由骑士笃志（王宏张）
Data：2008-5-14
l 前言
Ogre是一款优秀的3D图形渲染引擎，在国内，很多前辈从04年甚至更早就对它有了深入的了解，并留了许多译文和心得，极大的便利了我的学习。虽然我起步比较晚，但仍希望自己学习间的这些记录和翻译能够帮助到他人，如您对Ogre有所心得和资料，望提供至Ogre中文Wiki http://ogre3d.cn/wiki中大家共享交流。
因能力所限，翻译和整理难免有错误之处，欢迎各位指正。
Blog： http:\\hi.baidu.com\freedomknightduzhi
E-mail： duzhi5368@163.com
大部分译文来自 http://www.ogre3d.org ，如原文内无说明，不再额外查证来源以及原作者名称。
l 想法来源
这个第三人称摄象机系统的想法来源于我玩的一款游戏《寂静岭2》，在其中有一些图象上的BUG，我甚至能从其中发现一些不正常的“线”，如果你也看过，你会明白我说的情况。
一般情况下，该系统中同一时刻内整个场景中有且仅有一个摄象机。和其他的第一/三人称摄象机系统不同的是，我的这套系统中，摄象机是完全独立与整个场景的（除根结点Root以外 --- 它是程序的核心）。
这个系统能使我们获得非常优秀的特效和软件环境，也提供了我们一个非常友好的方式来查看整个场景。
概括来说，这个核心摄象机ExtendedCamera由
两个场景结点共同组成，它们分别是“摄象机管理器”和“摄象机的对象”。摄象机管理器用来保证摄象机永远朝向摄象机的对象。如果我们移动“对象”，摄象机
将会平移。如果我们移动“管理器”，则会使摄象机围绕着“对象”进行旋转。当然，我们也可以两者一起移动获得更多的情况。
上面是对整个系统的一个简单功能的说明。我们还可以为摄象机增加一些震动特效，也可以通过虚拟摄象机实现一些电影效果等等。
下面，我将讲述如何在一个Demo中实现三种摄象机模式。
l 可旋转第三人称摄象机
首先，我们有一个主角，它有三重性质。首先，它本身是一个重要的场景结点（主角），又是一个可见的结点（我们的摄象机的目标结点），还是一个可旋转的摄象机结点（主角的眼睛本身可以进行旋转和观察）。还有很多方法可以实现同样的功能，但是我认为这种方法比较简单。
我们接下来要做的就是，使它本身“可见的结点”这一特性结点做为我们“摄象机的目标”，而“可旋转的摄象机结点”这一特性结点做为摄象机本身。
“可见的结点”意味着主角大部分时间应该处于屏幕的中心，但当主角处于“调查”状态时，它自身就变成了一个摄象机，这时它能够获得更宽阔的视野。
（译者：还不理解的朋友可以玩玩单机的《零》系列或射击类游戏。通常为第三人称，一旦开启瞄准镜时，就变成了第一人称，即作者所说的“主角成为了一个摄象机结点”。）
l 绑定的第三人称摄象机
这种类型的摄象机非常常见，例如《寂静岭》……（译者：- -看来作者是SH的粉丝……）这种摄象机意味着摄象机永远锁定主角，但仅锁定一个方面。（译者：简单来说即永远无法旋转摄象机看到主角的正面。）
这种类型的摄象机与可旋转的第三人称摄象机类似。
l 第一人称摄象机
我们使用主角的位置作为摄象机的位置。在该模式下，我们将摄象机的“目标结点”设置为空，同时也将以主角结点为目标的摄象机隐藏起来。
以上，就是三种摄象机的区别。
l 需要紧记的一些事情
l 调整系统
如果摄象机受到场景中的一些对象影响，我们则需要对摄象机进行一些调整。
l 摄象机移动
摄象机以及摄象机目标点可以这样移动：我们计算摄象机坐标和目标点之间的差距，最终得到一个矩阵，让它作用于摄象机使其移动至目标点。
l 紧密器
按照我们上面说的移动方式，我们会感觉到摄象机的移动很生硬，不够平滑。所以这个“移动紧密器”的概念就出来了。这个紧密器因素是一个0,0 – 1.0之间的值，我们在计算出摄象机的移动转换矩阵时，用它来进行影响。
1：若该因素为1.0，则表明当目标单元移动，摄象机同样移动。
2：若该因素为0.0，则当目标单元移动时，摄象机完全不动。
3：该因素在0.0 – 1.0之间时，将会对摄象机的变换矩阵做出影响。
l 源代码以及说明
你可以从http://www.ugr.es/local/agsh/ogre/ExtendedCameraSample.zip这里下载Alberts的这套代码。
首先，我们包含OGRE的例子框架文件头。
// 摄象机系统例子 By Kencho
#include “ExampleApplication.h”
接下来，我们定义一个角色类。这个类中将定义一个对象所处的多种特性属性（即是摄象机又是摄象机的目标对象）。当然，在一个游戏中，你需要为角色类定义更多的属性。 ：）
// 普通角色类
Class Charater
{
Protected:
SceneNode *mMainNode; // 主角结点
SceneNode *mSightNode; // 可见结点，主角应当一直看着这里
SceneNode *mCameraNode; // 锁定摄象机结点，该结点围绕主角移动和旋转
Entity *mEntity; // 角色实体
SceneManager *mSceneMgr;
Public:
// 更新主角状态（如移动等……）
Virtual void update (Real elapsedTime, InputReader *input) = 0;
// 下面两个方法返回摄象机结点指针
SceneNode *getSightNode(){ return mSightNode ;}
SceneNode *getCameraNode(){ return mCameraNode; }
// 返回主角当前坐标（第一人称摄象机时需要）
Vector3 getWorldPosition(){ return mMainNode->getWorldPosition(); }
};
接下来，我们对角色类特化实现一下。我认为在Demo弄一个漂浮的食人魔脑袋做主角挺不错。所以我们写一个实例化的类。
// 特殊的实例化角色类 – 我们可爱的Ogre
Class OgreCharater : public Character
{
Protected:
String mName;
Public:
OgreCharater(String name, SceneManager *sceneMgr)
{
// 保存类成员变量
mName = name;
mSceneMgr = sceneMgr;
// 创建节点用来存放绑定第三人称的摄象机
mMainNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);
mSightNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_sight”, Vector3(0, 0, 100));
mCameraNode = mMainNode-> createChildSceneNode(mName + “_camera”, Vector3(0, 50, -100));
// 为角色绑定一个实体
mEntity = mSceneMgr->createEntity(mName, “OgreHead.mesh”);
mMainNode->attachObject(mEntity);
}
Void update(Real elapsedTime, InputReader *input)
{
// 移动
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));;
}
}
// 设置自身是否可见，这对于第一人称视角很有用。
Void setVisible(bool visible)
{
mMainNode->setVisible(visible);
}
};
为了保证代码简单，我这里不再写一些关于主角的模型动画，控制等函数。
现在，进入有趣的部分：扩展的摄象机类。它就如我之前所说明的思路一样去设计的，所以，如果你对本部分代码有什么疑问，你可以看一下先前我的讲述。
// 我们的扩展摄象机类
Class ExtendedCamera
{
Protected:
SceneNode *mTargetNode; // 摄象机目标结点
SceneNode *mCameraNode; // 摄象机自身结点
Camera *mCamera; // Ogre摄象机
SceneManager *mSceneMgr;
String mName;
Bool mOwnCamera; // 判断是否是本类创建的摄象机，或是类外传入的摄象机
Real mTightness; // 摄象机捆绑紧密度。1.0表示摄象机与目标的移动保持完全一致。0.0表示摄象机不移动，完全不受目标移动的影响。
Public:
ExtendedCamera(String name, SceneManager *sceneMgr, Camera *camera = 0)
{
mName = name;
mSceneMgr = sceneMgr;
// 创建摄象机结点结构
mCamreaNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName);
mTargetNode = mSceneMgr->getRootSceneNode()->createChildSceneNode(mName + “_target”);
// 摄象机永远朝向目标结点
mCameraNode->setAutoTracking(true, mTargetNode);
// 因为需要自动跟踪，所以该项要设为true
mCameraNode->setFixedYawAxis(true);
// 假如没有从参数获得一个摄象机，我们则自己创建
If (camera == 0)
{
mCamera = mSceneMgr->createCamera(mName);
mOwnCamera = true;
}else
{
mCamera = camera;
mOwnCamera = false;
}
// 为摄象机结点绑定一个Ogre摄象机
mCameraNode->attachObject(mCamera);
// 默认的摄象机捆绑紧密系数
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)
{
// 管理移动
Vector3 displacement;
Displacement = (cameraPosition – mCameraNode->getPosition()) * mTightness;
mCameraNode->translate( displacement );
Displacement = (targetPosition – mTargetNode->getPosition()) * mTightness;
mTargetNode ->translate( displacement );
}
};
在每一桢的桢监听中，更变摄象机，角色和摄象机模式。
Class SampleListener : public ExampleFrameListener
{
Protected:
Character *mChar;
ExtendedCamera *mExCamera;
Unsigned int mMode; // 摄象机模式，现在支持第一人称，绑定的第三人称摄象机和动态捕捉第三人称摄象机
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)
{
// 动态捕捉型第三人称摄象机
case 0:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame,
mChar->getCameraNode()->getWorldPosition(),
mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
// 绑定的第三人称摄象机
case 1:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, Vector3(0, 200, 0), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
// 第一人称摄象机
case 2:
mExCamera->update(evt.timeSinceLastFrame, mChar->getWorldPosition(), mChar->getSightNode()->getWorldPosition());
break;
}
}
}
// F1键切换为动态捕捉型第三人称摄象机
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切换为绑定的第三人称摄象机
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键切换为第一人称摄象机
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;
}
};
下面是一个App程序的样本，如果你不理解这段代码，你可以看一下其他的Ogre文章。
Class SampleApplication : public ExampleApplication
{
Public:
SampleApplication(){}
~ SampleApplication(){}
Protected:
// 创建场景
Void createScene(void)
{
// 设置环境光
mSceneMgr->setAmbientLight(ColourValue(0.2, 0.2, 0.2));
// 创建一个点光源
Light* l = mSceneMgr->createLight(“MainLight”);
// 这个点光源使用默认设置
l->setType(Light::LT_DIRECTIONAL);
l->setDirection(-0.5, -0.5, 0);
// 摄象机位置
mCamera->setPosition(0, 0, 0);
// 为场景添加一些实体对象
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);
// 桢监听器用来管理主角和摄象机的更新和不同摄象机模式间的切换
mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);
static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setCharacter(ogre);
static_cast<SampleListener*>( mFrameListener)->setExtendedCamera(exCamera);
}
Void destroyScene(void){}
Void createFrameListener(void)
{
// 放弃实例化我们自己的桢监听器
// mFrameListener = new SampleListener(mWindow, mCamera);
mRoot->addFrameListener(mFrameListener);
}
};
注意：在createFrameListener（）函数中，我们并没有构造创建桢监听器，所以不会有两个监听器。这是非常重要的，若我们创建两个桢监听器，这个程序将会当机。
#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
{
// 创建APP实例
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 结束语
希望这篇文章对你有用处，我会之后再更新它来进行更多的解释说明。感谢您的阅读。
Kencho