OpenGL Look At矩陣
OpenGL攝像機（Look At矩陣）
?轉(zhuǎn)自：
blog.csdn.net/weixin_44478077/article/details/124140329
計算機圖形學(xué)
OpenGL攝像機
1. 攝像機/觀察空間
2. Look At
3. lookAt 矩陣案例
1. 攝像機/觀察空間
觀察矩陣將所有的世界坐標變換為相對于攝像機位置與方向的觀察坐標。當(dāng)定義一個攝像機時需要它在世界空間中的位置、觀察的方向、一個指向它右側(cè)的向量以及一個指向它上方的向量。實際上創(chuàng)建了一個三個單位軸相互垂直的、以攝像機的位置為原點的坐標系。如下圖所示：
圖1中的Position為攝像機位置
glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f);
正z軸是從屏幕指向你的，如果我們希望攝像機向后移動，我們就沿著z軸的正方向移動
圖1中的Direction為攝像機方向
攝像機方向是指攝像機指向場景原點：(0, 0, 0)的方向，用攝像機位置向量減去場景原點向量得到攝像機方向，也就是圖中藍色的指向
glm::vec3 cameraTarget = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f);
glm::vec3 cameraDirection = glm::normalize(cameraPos - cameraTarget);
圖1中的Right為右向量
它代表攝像機空間的x軸的正方向。為獲取右向量我們需要先使用一個小技巧：先定義一個上向量(Up Vector)，接下來把上向量和第二步得到的方向向量進行叉乘。兩個向量叉乘的結(jié)果會同時垂直于兩向量，因此我們會得到指向x軸正方向的那個向量（如果我們交換兩個向量叉乘的順序就會得到相反的指向x軸負方向的向量）：
glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);?
glm::vec3 cameraRight = glm::normalize(glm::cross(up, cameraDirection));
圖1中的Up為上軸
已經(jīng)有了x軸向量和z軸向量，獲取一個指向攝像機的正y軸向量就相對簡單了：只需把右向量和方向向量進行叉乘：
glm::vec3 cameraUp = glm::cross(cameraDirection, cameraRight);
2. Look At
可以用這3個軸外加一個平移向量來創(chuàng)建一個矩陣（LookAt矩陣）
其中R是右向量，U是上向量，D是方向向量P是攝像機位置向量。注意，位置向量是相反的，因為我們最終希望把世界平移到與我們自身移動的相反方向。把這個LookAt矩陣作為觀察矩陣可以很高效地把所有世界坐標變換到剛剛定義的觀察空間。LookAt矩陣就像它的名字表達的那樣：它會創(chuàng)建一個看著(Look at)給定目標的觀察矩陣。
在GLM庫的支持下我們可以很方便創(chuàng)建一個LookAt矩陣
glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
lookAt矩陣中傳入的三個參數(shù)解釋：
第一個為攝像機位置
第二個為目標位置
第三個為世界空間中的上向量（用來計算右向量使用的那個上向量）
3. lookAt 矩陣案例
攝像機在場景中旋轉(zhuǎn)，構(gòu)建lookAt矩陣
?glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
float radius = 10.0f;
float camX = sin(glfwGetTime()) * radius;
float camZ = cos(glfwGetTime()) * radius;
glm::mat4 view;
view = glm::lookAt(glm::vec3(camX, 2
.0, camZ), glm::vec3(0.0, 0.0, 0.0), glm::vec3(0.0, 1.0, 0.0));?
單一模型實現(xiàn)的情況
多個模型旋轉(zhuǎn)
這邊不放動圖了，原本應(yīng)該動起來
實現(xiàn)代碼
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <stb_image.h>
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include <learnopengl/filesystem.h>
#include <learnopengl/shader_m.h>
#include <iostream>
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);
// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
int main()
{
? ? // glfw: initialize and configure
? ? // ------------------------------
? ? glfwInit();
? ? glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
? ? glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
? ? glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
#ifdef __APPLE__
? ? glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif
? ? // glfw window creation
? ? // --------------------
? ? GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
? ? if (window == NULL)
? ? {
? ? ? ? std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
? ? ? ? glfwTerminate();
? ? ? ? return -1;
? ? }
? ? glfwMakeContextCurrent(window);
? ? glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
? ? // glad: load all OpenGL function pointers
? ? // ---------------------------------------
? ? if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
? ? {
? ? ? ? std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
? ? ? ? return -1;
? ? }
? ? // configure global opengl state
? ? // -----------------------------
? ? glEnable(GL_DEPTH_TEST);
? ? // build and compile our shader zprogram
? ? // ------------------------------------
? ? Shader ourShader("7.1.camera.vs", "7.1.camera.fs");
? ? // set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes
? ? // ------------------------------------------------------------------
? ? float vertices[] = {
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f, -0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f, -0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 1.0f, 1.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? ?0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 1.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f,? 0.5f,? 0.0f, 0.0f,
? ? ? ? -0.5f,? 0.5f, -0.5f,? 0.0f, 1.0f
? ? };
? ? // world space positions of our cubes
? ? glm::vec3 cubePositions[] = {
? ? ? ? glm::vec3( 0.0f,? 0.0f,? 0.0f),
? ? ? ? glm::vec3( 2.0f,? 5.0f, -15.0f),
? ? ? ? glm::vec3(-1.5f, -2.2f, -2.5f),
? ? ? ? glm::vec3(-3.8f, -2.0f, -12.3f),
? ? ? ? glm::vec3 (2.4f, -0.4f, -3.5f),
? ? ? ? glm::vec3(-1.7f,? 3.0f, -7.5f),
? ? ? ? glm::vec3( 1.3f, -2.0f, -2.5f),
? ? ? ? glm::vec3( 1.5f,? 2.0f, -2.5f),
? ? ? ? glm::vec3( 1.5f,? 0.2f, -1.5f),
? ? ? ? glm::vec3(-1.3f,? 1.0f, -1.5f)
? ? };
? ? unsigned int VBO, VAO;
? ? glGenVertexArrays(1, &VAO);
? ? glGenBuffers(1, &VBO);
? ? glBindVertexArray(VAO);
? ? glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
? ? glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
? ? // position attribute
? ? glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)0);
? ? glEnableVertexAttribArray(0);
? ? // texture coord attribute
? ? glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
? ? glEnableVertexAttribArray(1);
? ? // load and create a texture?
? ? // -------------------------
? ? unsigned int texture1, texture2;
? ? // texture 1
? ? // ---------
? ? glGenTextures(1, &texture1);
? ? glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
? ? // set the texture wrapping parameters
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
? ? // set texture filtering parameters
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
? ? // load image, create texture and generate mipmaps
? ? int width, height, nrChannels;
? ? stbi_set_flip_vertically_on_load(true); // tell stb_image.h to flip loaded texture's on the y-axis.
? ? unsigned char *data = stbi_load(FileSystem::getPath("resources/textures/hutao.png").c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
? ? if (data)
? ? {
? ? ? ? glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
? ? ? ? glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
? ? }
? ? else
? ? {
? ? ? ? std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
? ? }
? ? stbi_image_free(data);
? ? // texture 2
? ? // ---------
? ? glGenTextures(1, &texture2);
? ? glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
? ? // set the texture wrapping parameters
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
? ? // set texture filtering parameters
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
? ? glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
? ? // load image, create texture and generate mipmaps
? ? data = stbi_load(FileSystem::getPath("resources/textures/awesomeface.png").c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
? ? if (data)
? ? {
? ? ? ? // note that the awesomeface.png has transparency and thus an alpha channel, so make sure to tell OpenGL the data type is of GL_RGBA
? ? ? ? glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
? ? ? ? glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
? ? }
? ? else
? ? {
? ? ? ? std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
? ? }
? ? stbi_image_free(data);
? ? // tell opengl for each sampler to which texture unit it belongs to (only has to be done once)
? ? // -------------------------------------------------------------------------------------------
? ? ourShader.use();
? ? ourShader.setInt("texture1", 0);
? ? ourShader.setInt("texture2", 1);
? ? // pass projection matrix to shader (as projection matrix rarely changes there's no need to do this per frame)
? ? // -----------------------------------------------------------------------------------------------------------
? ? glm::mat4 projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)SCR_WIDTH / (float)SCR_HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
? ? ourShader.setMat4("projection", projection);?
? ? // render loop
? ? // -----------
? ? while (!glfwWindowShouldClose(window))
? ? {
? ? ? ? // input
? ? ? ? // -----
? ? ? ? processInput(window);
? ? ? ? // render
? ? ? ? // ------
? ? ? ? glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
? ? ? ? glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);?
? ? ? ? // bind textures on corresponding texture units
? ? ? ? glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
? ? ? ? glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
? ? ? ? glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
? ? ? ? glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
? ? ? ? // activate shader
? ? ? ? ourShader.use();
? ? ? ? // camera/view transformation
? ? ? ? glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f); // make sure to initialize matrix to identity matrix first
? ? ? ? float radius = 8.0f;
? ? ? ? float camX = static_cast<float>(sin(glfwGetTime()*0.5) * radius);
? ? ? ? float camZ = static_cast<float>(cos(glfwGetTime()*0.5) * radius);
? ? ? ? view = glm::lookAt(glm::vec3(0, 1.0f, 5.0), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
? ? ?
? ? ? ? ourShader.setMat4("view", view);
? ? ? ? // render boxes
? ? ? ? glBindVertexArray(VAO);
? ? ? ? for (unsigned int i = 0; i < 10; i++)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? // calculate the model matrix for each object and pass it to shader before drawing
? ? ? ? ? ? glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
? ? ? ? ? ? model = glm::translate(model, cubePositions[i]);
? ? ? ? ? ? float angle = 20.0f * i;
? ? ? ? ? ? model = glm::rotate(model, glm::radians(angle), glm::vec3(1.0f, 0.3f, 0.5f));
? ? ? ? ? ? ourShader.setMat4("model", model);
? ? ? ? ? ? glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
? ? ? ? }
? ? ? ? // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
? ? ? ? // -------------------------------------------------------------------------------
? ? ? ? glfwSwapBuffers(window);
? ? ? ? glfwPollEvents();
? ? }
? ? // optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose:
? ? // ------------------------------------------------------------------------
? ? glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
? ? glDeleteBuffers(1, &VBO);
? ? // glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.
? ? // ------------------------------------------------------------------
? ? glfwTerminate();
? ? return 0;
}
// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly
// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
void processInput(GLFWwindow *window)
{
? ? if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
? ? ? ? glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
// ---------------------------------------------------------------------------------------------
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
? ? // make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and?
? ? // height will be significantly larger than specified on retina displays.
? ? glViewport(0, 0, width, height);
}
