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Flash与3D编程探秘（五）- 摄像机旋转和移动

2011-10-18 12:06 387 查看

上一篇讨论了关于旋转摄像机的一些基础知识，在这篇文章中我将介绍如何在程序中使用这些知识定点旋转摄像机，以及把移动和旋转摄像机结合在一起。当只运用旋转摄像机时，在屏幕上看到物体围绕着摄像机旋转，动画并不是那么的"3D"，不过这个是必经之路，等你完全的明白了旋转这个概念后，再添加上摄像机在3D空间移动，那样你就不会觉得乏味了。首先来看一个定点旋转摄像机的例子当作热身。这个例子，还是使用我们的小P，不过是很多的小P，这样使的场景看起来更加的有层次感。运行程序（效果如下），所有的物体都在围绕摄像机旋转，我想你会有摄像机在不停的旋转的错觉（或者没有...）。

[align=center][/align]

定点旋转摄像机

动画制作步骤：

1. 一开始还是一些老步骤，设定原点，建立一个舞台，还有定义摄像机，这些都是前几篇所讨论过的，就不再过多解释了。

// same as usual

var origin = new Object();

origin.x = stage.stageWidth/2;

origin.y = stage.stageHeight/2;

origin.z = 0;

var scene = new Sprite();

scene.x = origin.x;

scene.y = origin.y;

this.addChild(scene);

var camera = new Object();

camera.x = 0;

camera.y = 0;

camera.z = 0;

camera.panning = 0;

var focal_length = 300;

2. 下面定义一些常量，比如物体的总数量，PI和物体z间距。

// constants

var MAX_OBJ = 100;

var PI = 3.1415926535897932384626433832795;

var DISTANCE_Z = 20; // the distance to your camera

3. 下面是初始化所有的物体，运用随机数产生小P所在的角度（对于摄像机），递增小P所在点到摄像机的距离（3D空间的），使用三角函数就可以得到小P的x和z，同样使用随机数产生它的y，最后把它添加到舞台上。

// now create lots of balls around your camera

for (var i = 0; i < MAX_OBJ; i++)

{

var ball = new Sphere();

ball.angle = Math.random()*(0-PI*2) + PI*2;
// this is the rotate angle on the xz plane

ball.dist_center = 140 + (MAX_OBJ-i)* DISTANCE;
// the distance to your camera

ball.x_3d = Math.cos(ball.angle) * ball.dist_center; // then we use trig to get x

ball.z_3d = Math.sin(ball.angle) * ball.dist_center;
// and z

ball.y_3d = Math.random()*(-240-240) + 240;
// now put the ball at random y

scene.addChild(ball);
// add the ball to the collection

}

4. 对于每一个物体，在摄像机转动角度时刷新它的大小和位置。于是下一步写一个函数来达到目的，首先要确定小P相对于摄像机的旋转角度。然后根据这个角度和摄像机和小P之间的垂直距离，算出它到摄像机的x，z和y的距离。最后，还是运用之前学过的算法，缩放和移动物体。

// update ball size and position

function update(obj)

{

// get the angle relative to your camera panning angle

var angle = obj.angle - camera.panning;

var x_pos = Math.cos(angle)*obj.dist_center - camera.x; // use trig calculate the x

var z_pos = Math.sin(angle)*obj.dist_center - camera.z; // and z

var y_pos = obj.y_3d - camera.y;
// calculate the relative y

if (z_pos > 0)
// if the ball isin front of the camera

{

if (!obj.visible)

obj.visible = true; // make the ball visible anyway

var scale = focal_length/(focal_length+z_pos);
// cal the scale of the ball

obj.x = x_pos*scale;
// calcualte the x position in a camera view

obj.y = y_pos*scale;
// and y position

obj.scaleX = obj.scaleY = scale;
// scale the ball to a proper state

}

else

{

obj.visible = false;

}

}

5. 写一个循环函数，在每一次执行时，递增摄像机的角度，并且刷新舞台上的所有的物体。

function run(e:Event)

{

camera.panning += 0.01;
// increase the panning angle

if (camera.panning > 2*PI)

camera.panning -= 2*PI;

if (camera.panning < -1*2*PI)

camera.panning += 2*PI;

for (var i = 0; i < scene.numChildren; i++) // update all the balls on the screen

{

update(scene.getChildAt(i));

}

}

// add loop event listener

this.addEventListener(Event.ENTER_FRAME, run);

注意：

这里提到的旋转，都是在保持y不变的情况下，横向旋转摄像机，换句话说，让摄像机绕着y轴旋转，当然同理也可以写出摄像机围绕着x轴旋转的函数。不过如何同时进行上述两种旋转，我将在后面的文章里进行介绍。

移动和旋转的组合

现在你已经知道如何横向旋转摄像机，同时前几篇文章中也已经介绍了如何移动摄像机，如果把这两个操作结合在一起，那一定很棒。我想你应该觉得不会很困难，因为前面已经把两个分开操作学会了，下面所要做的只是把这两种操作组合在一起。来看一个动画，其中发灰的摄像机是运动前的位置，另外一个是向后（沿摄像机镜头的反方向）移动后位置（当摄像机镜头垂直向上看得时候移动得到），从动画中可以看到，对于摄像机镜头来说，景物的位置是不一样的。

[align=center][/align]

移动加旋转摄像机

再来看一个图例，在这个图片中，摄像机沿BO方向向后移动，我们可以看出，摄像机的转角是不变的。那么就可以结合摄像机移动的位置和三角函数就可以算出它的x移动量（图中红色实线）和y移动量（图中蓝色实线），进而便可以算出对于移动后摄像机而言，小P的x和y。

移动和旋转角度的图解

需要注意的是，当你首先旋转摄像机，然后向后或者向前移动摄像机，那么摄像机是沿着摄像机旋转过后的角度运动的，至于移动量和物体到现在摄像机的距离，一样可以使用三角函数得到（三角函数！Nice！）。下面就看一个应用的例子：

[align=center][/align]

定点旋转摄像机，WS前后移动摄像机，AD旋转

动画制作步骤：

1. 重复前面的3步。

// constants

var MAX_OBJ = 100;

var PI = 3.1415926535897932384626433832795;

var DISTANCE_Z = 20;
// the z distance to your camera

// same as usual

var origin = new Object();

origin.x = stage.stageWidth/2;

origin.y = stage.stageHeight/2;

origin.z = 0;

var scene = new Sprite();

scene.x = origin.x;

scene.y = origin.y;

this.addChild(scene);

var camera = new Object();

camera.x = 0;

camera.y = 0;

camera.z = 0;

camera.panning = 0;

var movement = 0;

var focal_length = 300;

var pan_left;

var pan_right;

var move_forward;

var move_backward;

// now create lots of balls around your camera

for (var i = 0; i < MAX_OBJ; i++)

{

var ball = new Sphere();

ball.angle = Math.random()*(0-PI*2) + PI*2;
// this is the rotate angle on the xz plane

ball.dist_center = (MAX_OBJ-i)* DISTANCE_Z;
// the z distance to your camera

ball.x_3d = Math.cos(ball.angle) * ball.dist_center; // then we use trig to get x

ball.z_3d = Math.sin(ball.angle) * ball.dist_center;
// and z

ball.y_3d = Math.random()*(-300-300) + 300;
// now put the ball at random y

scene.addChild(ball);
// add the ball to the collection

}

2. 下面这个函数是和上面例子中不同的主要部分。首先要得到物体和摄像机的x，y和z距离，然后使用反三角函数就可以得出物体所在的角度，同时使用勾股定理得到物体和摄像机的距离（注意y距离为0），同理使用三角函数便可以得到在摄像机移动之后物体的x和z。然后再根据物体的x和z对物体进行2D空间的缩放和移动。

// update ball size and position

function display(obj)

{

var x_pos = obj.x_3d - camera.x; // calculate the x distance from obbject to the camera

var y_pos = obj.y_3d - camera.y; // and y distance

var z_pos = obj.z_3d - camera.z; // and z distance

var angle = Math.atan2(z_pos, x_pos); // caculate the relative angle

// now get the actual object radius around camera

var radius = Math.sqrt(z_pos*z_pos + x_pos*x_pos);

x_pos = Math.cos(angle+camera.panning)*radius; // get the x position after panning

z_pos = Math.sin(angle+camera.panning)*radius;
// and y position

if (z_pos > 0)
// if the ball isin front of the camera

{

if (!obj.visible)

obj.visible = true;
// make the ball visible anyway

var scale = focal_length/(focal_length+z_pos);
// cal the scale of the ball

obj.x = x_pos*scale;
// calcualte the x position in a camera view

obj.y = y_pos*scale; // and y position

obj.scaleX = obj.scaleY = scale;
// scale the ball to a proper state

}

else

{

obj.visible = false;

}

txt_z.text = int(camera.z)+"";

txt_panning.text = Number(camera.panning*(180/Math.PI)).toFixed(1) + "";

}

3. 写一个循环函数，在每一次执行时刷新舞台上的所有的物体。

function run(e:Event)

{

if (camera.panning > 2*PI)

camera.panning -= 2*PI;

if (camera.panning < -1*2*PI)

camera.panning += 2*PI;

for (var i = 0; i < scene.numChildren; i++) // update all the balls on the screen

{

display(scene.getChildAt(i));

}

}

4. 下面设置一些键盘相应事件，使用WS可以使摄像机前进和后退，AD旋转摄像机。键盘事件在前面提到过，就不多说了，如果有什么问题的话可以查看一下前面的例子。

function run(e:Event)

{

if (camera.panning > 2*PI)

camera.panning -= 2*PI;

if (camera.panning < -1*2*PI)

camera.panning += 2*PI;

for (var i = 0; i < scene.numChildren; i++)
// update all the balls on the screen

{

display(scene.getChildAt(i));

}

}

function key_down(e:KeyboardEvent):void

{

if (e.keyCode == 65)

pan_left = true;

if (e.keyCode == 68)

pan_right = true;

if (e.keyCode == 87)

move_forward = true;

if (e.keyCode == 83)

move_backward = true;

}

function key_up(e:KeyboardEvent):void

{

if (e.keyCode == 65)

pan_left = false;

if (e.keyCode == 68)

pan_right = false;

if (e.keyCode == 87)

move_forward = false;

if (e.keyCode == 83)

move_backward = false;

}

function key_response(e:Event):void

{

if (pan_left)

camera.panning += 0.015; // increase the panning angle

if (pan_right)

camera.panning -= 0.015; // decrease the panning angle

if (move_forward)

{

movement = 20;

}

if (move_backward)

{

movement = -20;

}

if (move_forward || move_backward)

{

camera.x += Math.sin(camera.panning)*movement;

camera.z += Math.cos(camera.panning)*movement;

}

}

// add loop event listener

this.addEventListener(Event.ENTER_FRAME, run);

this.addEventListener(Event.ENTER_FRAME, key_response);

stage.addEventListener(KeyboardEvent.KEY_DOWN, key_down);

stage.addEventListener(KeyboardEvent.KEY_UP, key_up);

基本的阴影效果

当舞台上的物体非常多的时候，我们希望能够让物体层次分明。你应该还记得第一篇文章里是怎样给物体加上层次感的，是根据物体在舞台上的z来进行排序，离摄像机最近的物体的层次就最高。当然还有其他的技巧还给物体添加层次感，比如可以利用阴影效果来给舞台上的物体加上层次感，还比如可以利用光源，日出日落等等因素给物体分层次，使场景变得更真实。光源这个课题相对来说比较复杂，需要加进大量的数学运算，将在后面的物体篇介绍。在这篇文章里，我将给你介绍如何在3D空间里使用简单雾的效果。

[align=center][/align]

雾影效果

制作步骤

下面把前面的旋转摄像机的例子加工一下来达成雾影效果。添加雾的原理是这样的，离摄像机越远的物体，那么它的亮度就越大（因为场景是白色），大部分步骤都是和这篇文章的第一个例子的相同，只需要在每一次刷新物体缩放和位置的函数里添加如下代码。首先求出物体和摄像机的z距离，然后算出物体RGB的值，并对物体着色。非常的简单，就把这个例子当作是小练习。

var tint = Math.min(z_pos/5, 255);

var color_trans:ColorTransform = new ColorTransform();

color_trans.redOffset = tint;

color_trans.greenOffset = tint;

color_trans.blueOffset = tint;

obj.transform.colorTransform = color_trans;

注意：

在这两个些例子里，并没有涉及到物体层次，你在开发的时候，最好加上一个层次排序。这个算法在第一篇文章里就已经实现，你可以试着把那个函数添加到这两个例子里。

建议：

在开发的时候，我建议你使用面向对象的书写方式，这样便于你的管理。我一直没有使用OO的写法，是因为我不想给读者的阅读造成不必要的困惑，你可以试着把例子中的代码写成类，然后从.fla文件调用。例如你可以把例子中的小P写成一个类，它可以具有x_3d，y_3d，z_3d等属性。

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作者：Yang Zhou

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