在上文中分析了攝像機類的實現(xiàn)，在計算投影視圖矩陣時需要給攝像機輸入其位置及轉(zhuǎn)動四元數(shù)。這兩個量一般通過鼠標鍵盤來控制，從而達到控制攝像機的目的。本文分析一下其控制原理。

Overload的攝像機控制實現(xiàn)在類CameraController中，其有三個個方法HandleCameraPanning、HandleCameraFPSMouse、HandleCameraOrbit、HandleCameraZoom是鼠標控制攝像機的平移、繞自身轉(zhuǎn)動、繞特定點轉(zhuǎn)動、縮放。還有一個方法，HandleCameraFPSKeyboard是鍵盤控制攝像機。其頭文件如下，已刪除本文不關注的代碼及字段。

namespace OvEditor::Core
{
	class CameraController
	{
	private:
		// 控制攝像機的平移
		void HandleCameraPanning(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);
		// 控制攝像機繞物體進行旋轉(zhuǎn)
		void HandleCameraOrbit(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);
		// 鼠標控制攝像機旋轉(zhuǎn)
		void HandleCameraFPSMouse(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);

		// 控制滾輪放大縮小
		void HandleCameraZoom();
		// 鍵盤控制攝像機
		void HandleCameraFPSKeyboard(float p_deltaTime);
		void UpdateMouseState();

	private:
		OvRendering::LowRenderer::Camera& m_camera; // 當前攝像機
		OvMaths::FVector3& m_cameraPosition; // 當前攝像機的位置
		OvMaths::FQuaternion& m_cameraRotation; // 當前攝像機的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)
	};
}

這四個函數(shù)就是通過改變m_cameraPosition、m_cameraRotation從而達到控制攝像機的目的。

一、鼠標控制縮放HandleCameraZoom
鼠標控制縮放的代碼如下：

void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraZoom()
{
	m_cameraPosition += m_cameraRotation * OvMaths::FVector3::Forward * ImGui::GetIO().MouseWheel;
}

OvMaths::FVector3::Forward是固定矢量（0,0,1），其與m_cameraRotation相乘獲取當前攝像機的Z軸，也叫Forward量，或可稱為攝像機的指向。Imgui可獲取鼠標滾輪的轉(zhuǎn)動量，與Forward相乘，累加到攝像機位置上，產(chǎn)生攝像機拉進或拉遠的效果。在其他軟件中，我還見到過通過改變視口的大小實現(xiàn)縮放的，這種改變攝像機位置方式感覺更直觀。但這種方式對正向相機缺點：滾輪不能縮放物體，因為正交投影相當于將物體放到一個正方形盒子中，在盒子一側(cè)看，這個物體沿深度方向改變是不會有近大遠小的效果的。所以一些工業(yè)軟件中使用改變視口大小，實現(xiàn)物體縮放效果。

二、鼠標控制平動HandleCameraPanning

void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraPanning(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouset)
{
   // 根據(jù)設置的拖動速度計算增量
	auto mouseOffset = p_mouseOffset * m_cameraDragSpeed;
	
	// 攝像機位置沿著Right、Up軸移動
	m_cameraPosition += m_cameraRotation * OvMaths::FVector3::Right * mouseOffset.x;
	m_cameraPosition -= m_cameraRotation * OvMaths::FVector3::Up * mouseOffset.y;
}

p_mouseOffset是鼠標移動矢量，是二維向量，但攝像機坐標系有三個軸，所以只能控制兩個軸的平動。

三、鼠標控制繞自身轉(zhuǎn)動HandleCameraFPSMouse
這個函數(shù)實現(xiàn)攝像機繞自身原點轉(zhuǎn)動。p_firstMouse是當鼠標按下是為true，轉(zhuǎn)動過程中為false。當?shù)谝淮无D(zhuǎn)動時，先將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為歐拉角，RemoveRoll是對歐拉角做特殊處理，看著像是為了克服萬向節(jié)死鎖，沒看太明白，有用的時候再來深究吧。

void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraFPSMouse(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse)
{
	auto mouseOffset = p_mouseOffset * m_mouseSensitivity;

	if (p_firstMouse)
	{
		m_ypr = OvMaths::FQuaternion::EulerAngles(m_cameraRotation);
		m_ypr = RemoveRoll(m_ypr);
	}

	m_ypr.y -= mouseOffset.x;
	m_ypr.x += -mouseOffset.y;
	m_ypr.x = std::max(std::min(m_ypr.x, 90.0f), -90.0f);

	m_cameraRotation = OvMaths::FQuaternion(m_ypr);
}

鼠標偏移量改變歐拉角，注意其改變的值是x、y分量，最后再轉(zhuǎn)換為四元數(shù)。

四、攝像機繞特殊點旋轉(zhuǎn)HandleCameraOrbit
這個實際軟件中使用也很多。這個相對于繞攝像機原點旋轉(zhuǎn)多了平移分量，會同時改變攝像機的位置與姿態(tài)。

void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraOrbit(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse)
{
	auto mouseOffset = p_mouseOffset * m_cameraOrbitSpeed; // 鼠標偏移量

	if (p_firstMouse)
	{
		m_ypr = OvMaths::FQuaternion::EulerAngles(m_cameraRotation); // 轉(zhuǎn)換為歐拉角
		m_ypr = RemoveRoll(m_ypr); // 可能是為了解決萬向節(jié)死鎖
		m_orbitTarget = &EDITOR_EXEC(GetSelectedActor()).transform.GetFTransform();
		m_orbitStartOffset = -OvMaths::FVector3::Forward * OvMaths::FVector3::Distance(m_orbitTarget->GetWorldPosition(), m_cameraPosition); // 攝像機需要平移的量（攝像機局部坐標系下）
	}

	m_ypr.y += -mouseOffset.x;  // 對歐拉角進行改變
	m_ypr.x += -mouseOffset.y;
	m_ypr.x = std::max(std::min(m_ypr.x, 90.0f), -90.0f);

	auto& target = EDITOR_EXEC(GetSelectedActor()).transform.GetFTransform();
	OvMaths::FTransform pivotTransform(target.GetWorldPosition());
	OvMaths::FTransform cameraTransform(m_orbitStartOffset); // 設置攝像機平移量
	cameraTransform.SetParent(pivotTransform); 
	pivotTransform.RotateLocal(OvMaths::FQuaternion(m_ypr)); // 將繞的點進行旋轉(zhuǎn)
	m_cameraPosition = cameraTransform.GetWorldPosition();  // 獲取攝像機位置
	m_cameraRotation = cameraTransform.GetWorldRotation(); // 獲取攝像機轉(zhuǎn)角
}

其原理是將圍繞的點進行旋轉(zhuǎn)，再平移獲取攝像機的位置及姿態(tài)。

五、鍵盤控制攝像機平動HandleCameraFPSKeyboard
這個函數(shù)原理類似于鼠標平動，都是線用轉(zhuǎn)動四元數(shù)獲取當前軸，給位置一個增量即可，這里就不詳細分析了。

如何使用這些函數(shù)與產(chǎn)品設計相結(jié)合？
上面只是攝像機控制的單個函數(shù)，想在產(chǎn)品中集成還需其他的GUI庫（如QT、glfw、imgui等）配合獲取鼠標鍵盤狀態(tài)，不斷分情況調(diào)用這些函數(shù)。這些代碼差異較大，跟產(chǎn)品設計密切相關，不具有通用性，不再分析。Overload這部分代碼在CameraController::HandleInputs函數(shù)中，有興趣可以閱讀。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-721480.html

到了這里，關于【Overload游戲引擎細節(jié)分析】鼠標鍵盤控制攝像機原理的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！