相机

例如我们要想保持我们正在看东西的一个状态，例如看一个茶杯，需要量化到哪些参数，才能保持该状态？最容易想到的就是位置，就是你的头的位置不能变，例如本来你坐在椅子上看这个杯子，又站起来看，肯定呈现在你眼睛里面的效果是不一样的。如果你向左或向右歪一下头呢，头的位置即使保持不变，但头歪了，看到的杯子也是歪的。你可能会说，我看着还是正的，但这是我们在日常生活中养成的一种习惯，杯子正正的放在桌子上。但在你的眼睛里呈现的杯子已经是歪的了。头如果上下左右都旋转的话，可能连杯子都看不到了。如果保持这些参数不动的话，是不是你除了把眼睛闭上，看到的都是一幅景象了？

从上面的生活小例子，我们可以看出，影响人看一个东西呈现的状态有四个因素，第一，是人的头的位置；第二，人的头左右旋转；第三，人的头上下旋转；第四，左右歪头。

如果我们更专业一些说的话，以XNA的右手坐标系为例子，相机在Z轴的正方向的某一点看远点。影响相机呈现的景象的参数分别是相机的位置，绕Z轴方向的夹角，绕X轴方向的夹角和绕Y轴方向的夹角。由此我们可以说一个相机可以由这四个参数定义。

 

XNA中是怎么确定相机的呢？用的是上个方法的改进方法，位置信息没有变，把沿Z轴旋转的角度变成UP向量，把沿X轴和Y轴方向变为Target，称为观察目标，是一个点。设置观察目标后，相当于在X轴和Y轴方向上的旋转角度就已经确定。我们还是还原到眼睛的例子。我们看那个杯子，一直盯杯子的某一点，这个你的头就不能上下左右转了。而新增加的UP向量，就是确定头歪的角度，就是头顶朝的方向。这些信息一旦确定，是不是你的头再也不能动了？

所以在XNA中，由一下三个参数确定相机的状态，位置（Position）、观察目标（Target）、UP向量（UP）。

理解完这些之后，我们还会发现有一些问题，例如你眼睛离那个杯子只有一厘米的时候，你还看时什么感觉，头昏脑胀，估计可以吐掉。还有很远很远的地方你能看到吗？在XNA中，相机也一样，如果离相机很近的东西都要能看见的话，很小的一个点，都会把整个相机遮住，让你不知道自己在什么地方。同样无穷远得到东西也能看见，首先是不真实，第二，系统的性能也会有问题的。事实上，人眼睛看东西时，上下左右都要有界限的，不可能360°都能看到。这就出来一个新的东西叫视椎体。就是设置你可见的范围。同样XNA中定义相机也要有这样的一个东西。

在现实世界中，人的眼睛看世界，看到的范围应该是一个圆锥体，但我们平常用的计算机都是四方屏幕的，为了正常显示，在XNA中，视锥体是一个方形椎体。示意图如下。

 

到此为止，相机怎么定义已经说完了，四个参数，相机的位置、观察对象、向上向量、视锥体。

下面我们就用代码来说明怎么创建一个相机。

在写正式代码之前，我们先来了解一下在XNA中定义的向量和矩阵类。向量类Vector3，矩阵类Matrix。向量可以表示位置、方向、带方向的值等。而矩阵就是本质是对运动的描述。一个模型从一个状态变成另一个状态就可以用矩阵表示。

/// <summary>
        /// This is called when the game should draw itself.
        /// </summary>
        /// <param name="gameTime">Provides a snapshot of timing values.</param>
        protected override void Draw(GameTime gameTime)
        {
            GraphicsDevice.Clear(Color.CornflowerBlue);

            // TODO: Add your drawing code here

            //---开始相机的定义
            //声明投影矩阵
            float viewAngle = MathHelper.PiOver4;
            float aspectRatio = graphics.GraphicsDevice.Viewport.AspectRatio;
            float nearPlane = 0.5f;
            float farPlane = 100.0f;
            Matrix projectionMatrix = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(viewAngle, aspectRatio, nearPlane, farPlane); 

            //声明视角矩阵
            Vector3 camPosition = new Vector3(10, 10, -10);
            Vector3 camTarget = new Vector3(0, 0, 0);
            Vector3 camUpVector = new Vector3(0, 1, 0);
            Matrix viewMatrix = Matrix.CreateLookAt(camPosition, camTarget, camUpVector);
            //---结束相机的定义

            //使用两个矩阵渲染示例代码
            Model _model=this.Content.Load<Model>("Cube");
            foreach (ModelMesh myModelMesh in _model.Meshes)
            {
                Matrix myWorld = myModelMesh.ParentBone.Transform * Matrix.Identity;
                foreach (ModelMeshPart myModelMeshPart in myModelMesh.MeshParts)
                {
                    IEffectMatrices myEffect = myModelMeshPart.Effect as IEffectMatrices;
                    myEffect.World = myWorld;
                    myEffect.View = viewMatrix;
                    myEffect.Projection =projectionMatrix;
                    myModelMeshPart.Effect.CurrentTechnique.Passes[0].Apply();
                    this.GraphicsDevice.Indices = myModelMeshPart.IndexBuffer;
                    this.GraphicsDevice.SetVertexBuffer(myModelMeshPart.VertexBuffer);
                    this.GraphicsDevice.DrawIndexedPrimitives(PrimitiveType.TriangleList
                        , myModelMeshPart.VertexOffset, 0, myModelMeshPart.NumVertices
                        , myModelMeshPart.StartIndex, myModelMeshPart.PrimitiveCount);
                }
            }

            base.Draw(gameTime);
        }