OpenSceneGraph 相机与视图

视图与相机

三维视景体

视景体是指成像景物所在空间的集合。它是一个空间集合体。

注意视景体指的是一个空间集合。一般来说，集合中的每个空间都是个立方体。然后所有的这些空间堆在一起，在外侧取一个最大的外接立方体，就是可显示的区域，该可显示区域也是一个视景体。在这个可显示区域内，放置着可以显示的物体。注意，可以显示的物体仅仅是拥有显示权限，但是不一定显示，这取决于相机等其他因素。

单个的视景体，比如一个球体，若要完全显示，其视景体应该是该球体的最小外接立方体；若要只显示上半部分，则取上半球，其视景体是上半球的最小外接立方体。对于半球而言，上半球是视景体，那么其只有上半球有显示权限，下半球没有，所以就算是将该球体位置拉远，也只能看到上半球。

比如一个球体，视景体为该球体的最小外接立方体。可以这样理解：该视景体的内容完完全全绘制在一张大小正好的画布(投影)上，画布(投影)以外都是背景色，取黑色。然后摄像机刚好看着这张画布(投影)，画布(投影)上的内容完全显示在摄像机屏幕上。接着，对摄像机进行了右移，在摄像机的画面上，左侧是画布上的部分内容，右侧是黑色背景色。也就是说此时立方体虽然有显示权限，但是却并没有完全显示。但未显示的部分依然是有显示的可能的。

若视景体仅仅为上半球，那么默认情况下，上半球所映射的画布刚好充满摄像机。将摄像机下移，则摄像机画面中显示的是上半球切面的水平线，水平线以下是黑色背景色。即使此时从理论上来说摄像机对着下半球，但由于视景体仅为上半球，所以下半球是没有显示权限的，是不会被显示的。

视景体就意味着可显示空间，在该空间内的一切物体都可以被显示，都可以被看到，该空间外的一切物体都不能被看到。相机若要看到该空间中的物体，则相机本身就必须处于该视景体空间中。若相机在视景体空间外，哪怕该视景体就在相机正对的面前，相机依然无法看到。

视点变换

视点变换就是设置视点的方向和位置。默认情况下，视点定为坐标原点，指向Y正方向。

投影变换

投影的作用:将要显示的三维视景体按照指定角度和方向投影到二维平面上。

投影分为透视投影和正视投影。根据这两种投影方式的不同，映射出的二维图像也不同:透视投影会出现近大远小的透视效果；正视投影不会影响物体的相对大小，即同样长的边，在远处与在近处看到的长度是相同的。

透视投影分为透视视景体和对称透视视景体:

• 透视视景体
  
  这个函数的前4个参数定义了近裁剪平面的左下角点和右上角点的三维空间坐标，即（left，bottom，-near）和（right，top，-near）。如下图(近大远小):
  
• 对称透视视景体

该函数的参数fovy定义视野的角度，以z轴为中心向两侧平分，范围是[0.0, 180.0]，也就是说最大为上下各90°；参数aspect是投影平面宽度与高度的比，或者说是视景体的宽高比；参数zNear和Far分别是远近裁剪面沿Z负轴到视点的距离，它们总为正值。

以上两个函数缺省时，视点都在原点，视线沿Z轴指向负方向。

正视投影分为正射投影和特殊正射投影:

• 正射投影视景体
  
  这个函数的前4个参数定义了近裁剪平面的左下角点和右上角点的三维空间坐标，即（left，bottom，-near）和（right，top，-near）。
  
• 特殊正射投影视景体
  

视口

视口就是计算器屏幕的一块矩形区域，三维物体投影为二维平面，而这个二维平面就将显示在视口上。

裁剪变换

在OSG中，可以设置裁剪平面，将没必要显示的物体去除掉，裁剪平面法线是哪个方向就留下哪个部分。

使用osg::ClipPlane类来进行裁剪。

也可以使用 osg::Scissor类来进行裁剪。

相机节点

osg::Camera类可以用于获得三维物体的自定义角度和方向的二维映射(拍照)。

该类方法除了上面视口，投影的相关函数还有如下:

图形环境

为了更方便的控制图形渲染，可以设置各种图形渲染的属性，也可以直接采用默认的。

通过osg::GraphicsContext::Traits类来设置图形环境特性。

通过osg::GraphicsContext类的createGraphicsContext()函数来创建图形环境特性。

图形环境属性:

宽屏变形实例

#include <osgViewer/Viewer>
 
#include <osg/Node>
#include <osg/Geode>
#include <osg/Group>
#include <osg/Camera>
 
#include <osgDB/ReadFile>
#include <osgDB/WriteFile>
 
#include <osgUtil/Optimizer>
 
#include <iostream>
 
int main()
{
	//创建Viewer对象， 场景浏览器
	osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
 
	//创建场景节点
	osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();
 
	//读取模型
	osg::ref_ptr<osg::Node> node = osgDB::readNodeFile("cow.osg");
 
	root->addChild(node.get());
 
 
	//设置图形环境特性
	osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits();
	traits->x = 0;
	traits->y = 0;
	traits->width = 1000;
	traits->height = 800;
	traits->windowDecoration = true;
	traits->doubleBuffer = true;
	traits->sharedContext = 0;
 
	//场景图形环境特性
	osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext( traits.get());
	if (gc.valid())
	{
		osg::notify(osg::INFO)<< "GraphicsWindow has been created successfully."<< std::endl;
 
		//清楚窗口颜色及清楚颜色和深度缓存
		gc->setClearColor(osg::Vec4f(0.2f, 0.2f, 0.6f, 1.0f));
		gc->setClearMask(GL_COLOR_BUFFER_BIT| GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
	}
	else
	{
		osg::notify(osg::NOTICE)<< "GraphicsWindow has not been created successfully."<< std::endl;
	}
 
	//根据分辨率确定合适的投影来保证显示的图形不变形
	double fovy, aspectRatio, zNear, zFar;
	viewer->getCamera()->getProjectionMatrixAsPerspective(fovy, aspectRatio, zNear, zFar);
	double newAspectRatio = double(traits->width) / double(traits->height);
	double aspectRatioChange = newAspectRatio / aspectRatio;
	if (aspectRatioChange != 1.0)
	{
		//设置投影矩阵
		viewer->getCamera()->getProjectionMatrix() *= osg::Matrix::scale(1.0 / aspectRatioChange, 1.0, 1.0);
	}
 
	//设置视口
	viewer->getCamera()->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, traits->width, traits->height));
	//设置图形环境
	viewer->getCamera()->setGraphicsContext(gc.get());
 
	//优化场景
	osgUtil::Optimizer optimizer;
	optimizer.optimize(root.get());
 
	viewer->setSceneData(root.get());
	viewer->realize();
	viewer->run();
	return 0;
}

单窗口多相机渲染实例

// stdafx.h
 
#include <osg/Node>
#include <osg/Geode>  
#include <osg/Geometry>
#include <osg/Group>
 
#include <osg/MatrixTransform> //移动节点的矩阵类，最常用的移动节点的类。可随动、旋转控制节点
#include <osg/PositionAttitudeTransform> //位置变换节点类，提供模型的位置变换、大小缩放、原点位置的设置、坐标系的变换
#include <osg/Camera> //相机节点，管理OSG中的模型——视图矩阵，相机的管理主要是通过各种变换实现的
 
#include <osgDB/ReadFile>
#include <osgDB/WriteFile>
 
#include <osgUtil/Optimizer>
#include <osgViewer/Viewer> //只允许单视图，单视图可以同时包含多个相机渲染，也可以在多窗口中渲染
#include <osgViewer/ViewerEventHandlers> //事件监听



//.cpp
 
/*
 *单窗口多相机渲染
 *
 *创建图形环境的步骤：
 *通过WindowingSystemInterface类得到系统窗口接口，该系统接口主要是为了管理窗口系统与图形环境
 *根据需要设置图形环境特性的参数
 *通过图形环境特性创建图形环境
 *通过图形环境创建窗口
 *
 *建立视口的关键步骤：
 *创建图形环境（创建一个设备上下文对象）
 *将该对象和一个相机关联
 *设置视口位置
 *添加相机到窗口中
 */
void singleWindowMultipleCameras(osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer)
{
	//创建窗口系统接口（调用底层API得到绘图设备、窗口特性）
	osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::WindowingSystemInterface> wsi = osg::GraphicsContext::getWindowingSystemInterface();
 
	if (!wsi)
	{
		osg::notify(osg::NOTICE) << "Error, no WindowSystemInterface available, cannot create windows." << std::endl;
		return;
	}
 
	//得到当前窗口分辨率
	unsigned int width, height;
	wsi->getScreenResolution(osg::GraphicsContext::ScreenIdentifier(0), width, height);
 
	//设置图形环境特性（设置要创建的图形设备上下文）
	osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits();
	//设置图形设备的尺寸
	traits->x = 0;
	traits->y = 0;
	traits->width = width;
	traits->height = height;
	//显示标题栏
	traits->windowDecoration = true;
	traits->doubleBuffer = true;
	traits->sharedContext = 0;
 
	//创建图形环境（创建图形设备上下文）
	osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext> gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits.get());
 
	if (gc->valid())
	{
		osg::notify(osg::INFO) << "GraphicsWindow has been created successfully." << std::endl;
 
		gc->setClearColor(osg::Vec4f(0.2f, 0.2f, 1.6f, 1.0f));
		gc->setClearMask(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
	}
	else
	{
		osg::notify(osg::NOTICE) << "GraphicsWindow has not been created successfully." << std::endl;
	}
 
	//设置第一个视口（创建cameraMaster主相机）
	osg::ref_ptr<osg::Camera> cameraMaster = viewer->getCamera();
	//设置图形环境
	cameraMaster->setGraphicsContext(gc.get());
 
	//根据分辨率确定合适的投影来保证显示的图形不变形
	double fovy, aspectRatio, zNear, zFar;
	cameraMaster->getProjectionMatrixAsPerspective(fovy, aspectRatio, zNear, zFar);
	double newAspectRatio = double(traits->width) / double(traits->height);
	double aspectRatioChange = newAspectRatio / aspectRatio;
	if (aspectRatioChange != 1.0)
	{
		cameraMaster->getProjectionMatrix() *= osg::Matrix::scale(1.0 / aspectRatioChange, 1.0, 1.0);
	}
 
	//设置视口位置
	cameraMaster->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, width, height));
	//根据是否使用双缓存，确定绘制哪个缓存，如果使用双缓存，先绘制前缓存
	GLenum bufferMaster = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
	//设置缓冲区（设置每帧开始绘制时，绘制哪个缓存）
	cameraMaster->setDrawBuffer(bufferMaster);
	cameraMaster->setReadBuffer(bufferMaster);
 
	//设置第二个视口（创建从属相机）
	osg::ref_ptr<osg::Camera> cameraClient = new osg::Camera();
	//设置图形环境
	cameraClient->setGraphicsContext(gc.get());
	//设置视口位置，视口的坐标为左下角为坐标原点
	cameraClient->setViewport(new osg::Viewport(0, 0, 400, 400));
	//根据是否使用双缓存，确定绘制哪个缓存，如果使用双缓存，先绘制前缓存
	GLenum bufferClient = traits->doubleBuffer ? GL_BACK : GL_FRONT;
	//设置缓冲区（设置每帧开始绘制时，绘制哪个缓存）
	cameraClient->setDrawBuffer(bufferClient);
	cameraClient->setReadBuffer(bufferClient);
 
	//添加从属相机
	viewer->addSlave(cameraClient, osg::Matrix::scale(aspectRatio, 1.0, 1.0), osg::Matrix());
}
 
int main()
{
	osg::ref_ptr<osg::Node> root = osgDB::readNodeFile("cow.osg");
 
	osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();
	//启用单视图多相机渲染
	singleWindowMultipleCameras(viewer.get());
 
	//优化场景数据
	osgUtil::Optimizer optimizer;
	optimizer.optimize(root.get());
 
	viewer->setSceneData(root.get());
	viewer->realize();
 
	return viewer->run();
}

效果图:

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-823122.html

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