Visual C# 的DirectX開發系列二瞭解攝像機

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這裡藉助部分網上的文字和圖片說明，讓大家更清楚的瞭解DirectX中的攝像機。（部分內容來源於肖澤雲老師書中內容，最終目的是讓大家更清楚瞭解C#中的DirectX開發）

在使用攝像機前先來瞭解三個概念：世界空間（world space）、攝像機空間（cameraspace）和模型空間（model space）。世界空間（world space）可以認為是客觀世界空間，所有對象都位於這個世界空間中。攝像機空間（camera space）用於展示顯示地區，類似於人的眼睛。模型空間（model space）為模型自身的空間座標系，如匯入某個模型之前在建模時就具有的空間。

下面再介紹三個概念：View Transformation、World Transformation 和ProjectionTransformation。View Transformation（視圖變換）是表示觀察者位於世界空間，也稱攝像機變換，把頂點轉換成攝像機空間中的點。World Transformation（世界變換）是用於從模型空間轉換座標到全局座標。Projection Transformation（投影變換）可以認為是用來控制攝像機的，有點類似於設定攝像機鏡頭，這也是這三種變換形式中最複雜的。其中定義視圖變換和投影變換是類比攝像機必須的，若不指定世界矩陣，預設情況下它為一個四階單位矩陣。三維空間中的座標，經過世界變換、視圖變換（攝像機變換）、投影變換和螢幕轉換，才得到二維螢幕上的座標，其過程如所示：

首先我們定義視圖變換：可以使用Matrix.LookAtLH 或Matrix.LookAtRH 來建立一個視圖矩陣，用於表示攝像機位置和攝像機目標位置，其中Matrix.LookAtLH 用於建立左手法則的視圖矩陣，Matrix.LookAtRH 用於建立右手法則的視圖矩陣。建立視圖矩陣代碼如下：

Vector3 eye = new Vector3(0, 0, -30);Vector3 at = new Vector3(0, 0, 0);Vector3 up = new Vector3(0, 1, 0);Matrix viewMatrix = Matrix.LookAtLH(eye, at, up);

其中向量eye 表示攝像機位置，向量at 表示攝像機目標位置，向量up 表示向上的方向，該向量一般都為(0,1,0)。

其次定義投影變換：可以使用Matrix.PerspectiveFovLH 或Matrix.PerspectiveFovRH 建立一個基於視場（FOV）的投影變換，其中PerspectiveFovLH 用於建立左手法則的投影矩陣，PerspectiveFovRH 用於建立右手法則的投影矩陣。下面以PerspectiveFovRH 為例來說明，PerspectiveFovRH()函數的定義如下：
public static Matrix PerspectiveFovLH

(

float fieldOfViewY,
float aspectRatio,
float znearPlane,
float zfarPlane
);
其中參數fieldOfViewY表示視場在Y 方向的弧度，參數aspectRatio 表示平面縱橫比，
參數znearPlane,表示近平面的距離，參數zfarPlane表示遠平面的距離。如所示：

建立投影矩陣代碼如下：

Matrix projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4,this.Width/this.Height, 1.0f, 50.0f);

之後是設定繪圖裝置投影及視圖矩陣、繪製三角形等。全部代碼如下：

using System;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using System.Windows.Forms;using Microsoft.DirectX;using Microsoft.DirectX.Direct3D;namespace 攝像機{    public partial class Camera : Form    {        Device device = null;//定義繪圖裝置        public Camera()        {            this.ClientSize = new Size(800, 800);//指定表單尺寸            this.Text = "攝像機";//指定表單標題        }        public bool InitializeDirect3D()        {            try            {                PresentParameters presentParams = new PresentParameters();                presentParams.Windowed = true; //指定以Windows表單形式顯示                presentParams.SwapEffect = SwapEffect.Discard; //當前螢幕繪製後它將自動從記憶體中刪除                device = new Device(0, DeviceType.Hardware, this, CreateFlags.SoftwareVertexProcessing, presentParams); //執行個體化device對象                return true;            }            catch (DirectXException e)            {                MessageBox.Show(e.ToString(), "Error"); //處理異常                return false;            }        }        public void Render()        {            if (device == null)   //如果device為空白則不渲染            {                return;            }            Vector3 eye = new Vector3(30, 0, -30);            Vector3 at = new Vector3(0, 0, 0);            Vector3 up = new Vector3(0, 1, 0);            Matrix viewMatrix = Matrix.LookAtLH(eye, at, up);            Matrix projection = Matrix.PerspectiveFovLH((float)Math.PI / 4, this.Width/this.Height, 1.0f, 50.0f);            device.Transform.Projection = projection;            device.Transform.View = viewMatrix;            device.RenderState.FillMode = FillMode.WireFrame;            device.RenderState.Lighting = false;            device.Clear(ClearFlags.Target, Color.Black, 1.0f, 0);  //清除windows介面為黑色            device.BeginScene();            //在此添加渲染圖形代碼            CustomVertex.PositionColored[] vertices = new CustomVertex.PositionColored[3];//定義頂點            vertices[0].Position = new Vector3(0f, 0f, 0f);            vertices[0].Color = Color.Red.ToArgb();            vertices[1].Position = new Vector3(5f, 10f, 0f);            vertices[1].Color = Color.Green.ToArgb();            vertices[2].Position = new Vector3(10f, 0f, 0f);            vertices[2].Color = Color.Yellow.ToArgb();            device.VertexFormat = CustomVertex.PositionColored.Format;            device.DrawUserPrimitives(PrimitiveType.TriangleList, 1, vertices);                        device.EndScene();            device.Present();        }        static void Main()        {            Camera Camera = new Camera(); //建立表單對象            if (Camera.InitializeDirect3D() == false) //檢查Direct3D是否啟動            {                MessageBox.Show("無法啟動Direct3D！", "錯誤！");                return;            }            Camera.Show(); //如果一切都初始化成功，則顯示表單            while (Camera.Created) //設定一個迴圈用於即時更新渲染狀態            {                Camera.Render(); //保持device渲染，直到程式結束                Application.DoEvents(); //處理鍵盤滑鼠等輸入事件            }        }    }}

最終效果

本文源碼：http://download.csdn.net/detail/yangyisen0713/8385885

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