Flash与3D编程探秘(四)- 摄像机旋转基础知识

日期:2008年10月

 

 

关于三角函数

现在已经把最基本的移动摄像机技巧介绍完了,并且我相信上篇的几个例子也应该让读者加深了印象。可是你会发现前面我们只是把摄像机沿着x轴,y轴或者z轴移动摄像机,可是实际中可以把摄像机向左,向右,向上或者向下旋转一定的角度,这样在观看空间时就有更大的自由度。 不过介绍旋转之前,我想介绍一些关于三角法的计算(Oh,No!),如果你还对三角函数不熟悉,那么文章看起来可能会有些费解。不过不要担心,中国人有着聪明的头脑,这些对你来说很容易。提醒一下:如果下面的内容对你来说太容易了,那么可以跳过这些。不过我想我还是给已经忘记的(Just like me)各位补上一课,毕竟就是这些简单的知识驱使着我们的3D空间旋转着。

 

三角法是数学的一个分支,我们主要用它来分析三角形的边和角度的关系。为什么要三角形要和角度有关系呢?任意一条在2D空间里有旋转角度的直线,它都会在x轴和y轴有相应的映射(当然在3D空间里, 我们并不光有x轴和y轴)。假设有一条线段从原点到点B(4,0),当你把这个线段哦OB沿着原点旋转一定角度,过B(旋转后)向x轴做一条垂线 BC,那么x轴和BC,OB所组成的就是一个直角三角形。当然你可以把OC看作是线段OB在x的投影。那么对这个旋转角度使用sin和cos就可以计算得到我们这条线段在x和y的分量。

 


旋转一条直线得到的三角形

 



以原点为中心旋转小P

 

以原点为中心旋转只是个例子,这里提到的旋转点不一定是原点,可以把任意一点作为旋转的原点。你会发现在旋转中,当x线段OB旋转一定角度后,它会与旋转前的线段重合,B在旋转中所过的点的轨迹就是一个圆,那旋转的这条线段就OB就是这个圆的半径。OK,这就是在Flash里需要知道基本三角函数。下面两个是根据圆的半径得到x和y分量的公式:

object.x = Math.cos(angle) * radius;
object.y = Math.sin(angle) * radius;

 

 

旋转后的直线在x和y轴的分量

 

当然,上面的公式在旋转点为原点的情况下成立,如果旋转点不是原点的话使用:

object.x = origin.x + Math.cos(angle) * radius;
object.y = origin.y + Math.sin(angle) * radius;

 

 

弧度

当测量物体小P的旋转角度的时候,可以使用度数,这也是最常用的,它从0到360沿逆时针方面递增。但是Flash并不知道360是什么,它所知道的只是弧度(当然你可以自己写sin和cos函数,用0到360作为参数)。这里的弧度可以这样理解,360度数是2*PI弧度,那么就是说360度旋转是一个整圆的话,2*PI旋转也是同样效果。把度数转化成弧度的公式是:

randians = degrees * (Math.PI / 180); PI = 3.1415926535897932384626433832795...

 

 

反三角函数

在Flash里,可以通过直角三角形的两个边的比率得到角度,用下面的代码即可:

angle = Math.atan2(object.y, object.x);
angle 
= Math.atan(y/x);

 

还有一个要说明的那就是勾股定理:

hypotenuse = Math.sqrt(x*+ y*y);

 

那么你现在已经具备2D旋转的基本知识了,再看一下3D,3D旋转中加进了z轴,hum,那么就把xy平面,yz平面,zx平面的旋转组合起来,就得到摄像机的全方位旋转。不过指得注意的是,三角法不能直接运用到摄像机旋转中,可以在横向旋转摄像机的时候保持摄像机的其他轴旋转角度不变。另外你还可以旋转x,y和z轴已到达目的,比如要旋转180度的话,可以使z旋转到x的位置然后再转到z的位置,同时保持y轴不动。



旋转x和z轴

 

横向旋转摄像机

上面讲述了一些旋转摄像机的原理,我们更关心的是如何使用这些原理来解决问题。联想一下实际,对于摄像机的横向旋转来说,摄像机的所在位置的高度y,深度z和横向x都是保持不变的,唯一改变的就是摄像机的旋转角度。也就是说当一个空间中的物体在位置不变的情况下,摄像机与它的距离是不变的,于是问题转化成在角度变化的情况下保证它们的距离不变。设旋转后的角度为a,那么物体所在的x和y(以摄像机为原点建立坐标系)就是:

= distance * Math.cos(a);
= distance * Math.sin(a);

 

如果摄像机所在的坐标为(x0,y0)的话,就可以得到物体所在的坐标(还是上面讲过的公式):

= x0 + distance * Math.cos(a);
= y0 + distance * Math.sin(a);

 

以上所述的仅是对一个物体的操作,同样道理对所有舞台上的物体进行操作,那么所看到的就是摄像机旋转后的景象。

 


      

对比旋转物体和旋转摄像机

 

在上面的动画中,我们俯瞰整个场景,对比一下旋转摄像机和旋转舞台上所有物体的差异。当然对于其他的平面(纵向旋转摄像机)来说,可以运用相同的理论对物体进行操作。总而言之那么,你应该有种感觉你已经具备所有摄像机旋转的理论知识了,不过还有一小点,将在下一篇文章进行分析。

 

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作者:Yang Zhou
出处:http://yangzhou1030.cnblogs.com
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posted on 2008-11-05 03:51 yangzhou1030 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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