作者：木一
一、简介
自从Apple Vision Pro问世以来，这款被誉为开启“空间计算时代”的产品迅速吸引了众多科技博主的深度关注。业界对它的评价褒贬不一，一些人认为它是一款具有里程碑意义的创新产品，而另一些人则认为它不过是众多高质量虚拟现实（VR）产品中的一员。尽管市场对Apple Vision Pro的定义众说纷纭，但归根结底，其核心在于三维引擎和相机技术的融合。即便是像Apple Vision Pro这样的先进设备，也无法脱离头显设备独立存在，这突显了一个基本事实：无论视觉效果多么震撼，本质上都是显示在设备上的图像。而在这个过程中，最关键的环节就是实现虚拟世界与我们肉眼所见的真实世界的精准“同步”。
图源Apple官网
无论是引人入胜的3D电影还是沉浸式的游戏场景，它们最终都以平面的形式呈现在电子屏幕上。这一过程本质上是计算机通过模拟人眼成像机制，将三维空间景象映射到视网膜上，最终创造出立体感。在三维渲染引擎工作流程中，虚拟相机扮演着至关重要的角色，它负责将三维世界转换成可以在屏幕上呈现的二维图像，支持着整个图形渲染的过程。
图源：https://www.kocpc.com.tw/archives/153033
二、三维相机介绍：
三维引擎中的虚拟相机（以下简称三维相机）是对真实世界成像的模拟，通过在三维场景中定义观察位置、视角、焦距等参数，对三维场景进行一系列变换，最终在二维屏幕上呈现出准确的视觉效果。
三维场景到计算机屏幕的变换不是一个简单的压扁过程，而是需要通过准确的三维变换，才能达到精美准确的视觉效果，具体变换可以总结为以下过程：
三维变换 图源@作者-木一
很难理解？让我们用拍照来类比：
1、【模型变换】发现一处好看的场景，你站过去摆好姿势；
2、【视图变换】摄影师找到一个好角度，举起相机对准你；
3、【投影变换】摄影师换好镜头，调整焦距，按下快门拍下你的美照；
4、【视口变换】摄影师把照片传给你，你放到电脑上打开图片欣赏美照。
图源作者-木一
三、相机模型：
在以上变换过程中，投影变换是实现将三维场景映射到二维平面的关键步骤，在实际应用中，常用的有两种模型：透视投影模型和正交投影模型。
透视投影模型：模拟人眼成像过程，基于小孔成像原理，实现3D空间到2D空间的变换，能够产生透视效果和远近感，是目前三维游戏或三维地图普遍采用的一种投影方式。
图源作者-木一
正交投影模型：采用平行投影方式对场景进行投影，物体在投影中保持其原始大小，没有透视效果。正交投影通常用于需要保持物体尺寸一致的场景，如CAD（计算机辅助设计）应用程序或2D游戏。
正交投影模型 图源@作者-木一
四、相机的基本参数：
能否拍出一张好照片，一个摄影师的构图能力、相机运用能力尤其重要，而在三维引擎中三维相机的参数设置一样重要，这决定了最终屏幕上渲染出来的三维场景内容有哪些。三维相机的参数主要包括位姿参数和视椎体参数：
位姿参数：调节位姿参数，就相当于摄影师取景构图的过程。相机位姿参数包括相机的位置和朝向，位置是指相机在三维场景中的空间位置，决定了相机的观察起点。朝向是指相机指向的方向，相机从观察起点按照相机朝向进行观察，决定了相机所能看到的三维场景大致内容。
位置移动 图源@作者-木一
朝向变化 图源@作者-木一
视椎体参数：调节视椎体参数，就相当于摄影师换镜头调整焦距的过程。相机视椎体参数影响了视野范围、投影方式，不同投影方式对应的视椎体参数也不同：
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透视投影的视椎体参数有视场角（FOV）、宽高比、远近裁剪面。
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正交投影的视椎体参数有左右平面、上下平面、远近裁剪面。
透视投影视椎体参数 图源@作者-木一
正交投影视椎体参数 图源@作者-木一
五、第一人称相机和第三人称相机：
第一人称（FP）相机是通过模拟人眼观察的方式，向用户展现场景画面，因此这一类相机也称作视点相机，第一人称相机可以提供一种身临其境的感觉，常应用于射击类游戏场景，给玩家一种身临其境的体验。
第三人称（TP）相机将相机位置与观察对象分离，一般位于对象后方或上方，以一定距离观察场景，通常也被称为上帝视角。三维地图通常采用的就是第三人称视角相机方式表达。
第一人称相机视角和第三人称相机视角 图源@作者-木一
六、三维相机的应用
通过在三维场景中设置相机，并进行相关计算，可以实现更加复杂的空间计算和可视化效果，比如可视域分析、地理视频投影等，此外VR、AR场景也是对三维相机的深度应用。Mapmost SDK for WebGL 作为一款功能强大的二三维地图一体化渲染引擎，提供了可视域分析、地理视频投影等丰富的分析功能。
可视域分析 图源：Mapmost平台
地理视频投影 图源：Mapmost平台
Mapmost SDK for WebGL试用：Mapmost官网
文章参考：
WebGL原来如此：三维坐标系变换的含义 - 掘金
浅谈3D游戏中的相机：概念篇 - 知乎
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