在上文中分析了摄像机类的实现，在计算投影视图矩阵时需要给摄像机输入其位置及转动四元数。这两个量一般通过鼠标键盘来控制，从而达到控制摄像机的目的。本文分析一下其控制原理。
Overload的摄像机控制实现在类CameraController中，其有三个个方法HandleCameraPanning、HandleCameraFPSMouse、HandleCameraOrbit、HandleCameraZoom是鼠标控制摄像机的平移、绕自身转动、绕特定点转动、缩放。还有一个方法，HandleCameraFPSKeyboard是键盘控制摄像机。其头文件如下，已删除本文不关注的代码及字段。
namespace OvEditor::Core
{
class CameraController
{
private:
// 控制摄像机的平移
void HandleCameraPanning(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);
// 控制摄像机绕物体进行旋转
void HandleCameraOrbit(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);
// 鼠标控制摄像机旋转
void HandleCameraFPSMouse(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse);
// 控制滚轮放大缩小
void HandleCameraZoom();
// 键盘控制摄像机
void HandleCameraFPSKeyboard(float p_deltaTime);
void UpdateMouseState();
private:
OvRendering::LowRenderer::Camera& m_camera; // 当前摄像机
OvMaths::FVector3& m_cameraPosition; // 当前摄像机的位置
OvMaths::FQuaternion& m_cameraRotation; // 当前摄像机的旋转四元数
};
}
这四个函数就是通过改变m_cameraPosition、m_cameraRotation从而达到控制摄像机的目的。
一、鼠标控制缩放HandleCameraZoom
鼠标控制缩放的代码如下：
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），其与m_cameraRotation相乘获取当前摄像机的Z轴，也叫Forward量，或可称为摄像机的指向。Imgui可获取鼠标滚轮的转动量，与Forward相乘，累加到摄像机位置上，产生摄像机拉进或拉远的效果。在其他软件中，我还见到过通过改变视口的大小实现缩放的，这种改变摄像机位置方式感觉更直观。但这种方式对正向相机缺点：滚轮不能缩放物体，因为正交投影相当于将物体放到一个正方形盒子中，在盒子一侧看，这个物体沿深度方向改变是不会有近大远小的效果的。所以一些工业软件中使用改变视口大小，实现物体缩放效果。
二、鼠标控制平动HandleCameraPanning
void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraPanning(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouset)
{
// 根据设置的拖动速度计算增量
auto mouseOffset = p_mouseOffset * m_cameraDragSpeed;
// 摄像机位置沿着Right、Up轴移动
m_cameraPosition += m_cameraRotation * OvMaths::FVector3::Right * mouseOffset.x;
m_cameraPosition -= m_cameraRotation * OvMaths::FVector3::Up * mouseOffset.y;
}
p_mouseOffset是鼠标移动矢量，是二维向量，但摄像机坐标系有三个轴，所以只能控制两个轴的平动。
三、鼠标控制绕自身转动HandleCameraFPSMouse
这个函数实现摄像机绕自身原点转动。p_firstMouse是当鼠标按下是为true，转动过程中为false。当第一次转动时，先将转动转换为欧拉角，RemoveRoll是对欧拉角做特殊处理，看着像是为了克服万向节死锁，没看太明白，有用的时候再来深究吧。
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);
}
鼠标偏移量改变欧拉角，注意其改变的值是x、y分量，最后再转换为四元数。
四、摄像机绕特殊点旋转HandleCameraOrbit
这个实际软件中使用也很多。这个相对于绕摄像机原点旋转多了平移分量，会同时改变摄像机的位置与姿态。
void OvEditor::Core::CameraController::HandleCameraOrbit(const OvMaths::FVector2& p_mouseOffset, bool p_firstMouse)
{
auto mouseOffset = p_mouseOffset * m_cameraOrbitSpeed; // 鼠标偏移量
if (p_firstMouse)
{
m_ypr = OvMaths::FQuaternion::EulerAngles(m_cameraRotation); // 转换为欧拉角
m_ypr = RemoveRoll(m_ypr); // 可能是为了解决万向节死锁
m_orbitTarget = &EDITOR_EXEC(GetSelectedActor()).transform.GetFTransform();
m_orbitStartOffset = -OvMaths::FVector3::Forward * OvMaths::FVector3::Distance(m_orbitTarget->GetWorldPosition(), m_cameraPosition); // 摄像机需要平移的量（摄像机局部坐标系下）
}
m_ypr.y += -mouseOffset.x; // 对欧拉角进行改变
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); // 设置摄像机平移量
cameraTransform.SetParent(pivotTransform);
pivotTransform.RotateLocal(OvMaths::FQuaternion(m_ypr)); // 将绕的点进行旋转
m_cameraPosition = cameraTransform.GetWorldPosition(); // 获取摄像机位置
m_cameraRotation = cameraTransform.GetWorldRotation(); // 获取摄像机转角
}
其原理是将围绕的点进行旋转，再平移获取摄像机的位置及姿态。
五、键盘控制摄像机平动HandleCameraFPSKeyboard
这个函数原理类似于鼠标平动，都是线用转动四元数获取当前轴，给位置一个增量即可，这里就不详细分析了。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-721480.html
如何使用这些函数与产品设计相结合？
上面只是摄像机控制的单个函数，想在产品中集成还需其他的GUI库（如QT、glfw、imgui等）配合获取鼠标键盘状态，不断分情况调用这些函数。这些代码差异较大，跟产品设计密切相关，不具有通用性，不再分析。Overload这部分代码在CameraController::HandleInputs函数中，有兴趣可以阅读。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-721480.html
到了这里，关于【Overload游戏引擎细节分析】鼠标键盘控制摄像机原理的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
