Hazel游戏引擎（081）Scene Camera

文中若有代码、术语等错误，欢迎指正

前言

• 此节目的

  当ImGui视口大小发生改变时，场景中所有实体所拥有的摄像机都能正确的设置宽高比，使图像不会变形。

• 在080中根据实体camera摄像机组件的camera来更新渲染图形的顶点

  但是没有写调整摄像机组件的摄像机宽高比的代码，相对的摄像机类行为也很少，所以

  • 此节所作

    • 新建了一个SceneCamera类继承自Camera类，作为摄像机组件的摄像机类属性
    • 视口改变，场景内所有摄像机都能更新宽高比

  • 图形变形bug

    

    

• 与之前区别

  之前是EditorLayer层拥有一个OrthographicCameraController m_CameraController正交摄像机，当ImGui视口改变大小，这个摄像机会调整宽高比。

  但是080节把摄像机类当作实体的组件，所以缺少更新实体摄像机组件的宽高比

• 此节改后与之前的对比

  	此节	之前
  什么改变	视口	视口
  谁响应	场景里的所有摄像机组件	EditorLayer的摄像机
  几个摄像头	多个	1个

代码流程

• 添加一个实体

  EditorLayer.h
  Entity m_CameraEntity;			// 摄像机实体
  

• 实体添加摄像机组件，在构造函数中根据默认值计算正交投影矩阵

  void EditorLayer::OnAttach(){
        
        
      m_CameraEntity = m_ActiveScene->CreateEntity("Camera Entity");
      m_CameraEntity.AddComponent<CameraComponent>();
   	.....   
  }
  

• 视口和帧缓冲的大小不一致，更新场景内的所有摄像机投影矩阵

  void EditorLayer::OnUpdate(Timestep ts){
        
        
      // 窗口resize，在每一帧检测
      if (FramebufferSpecification spec = m_Framebuffer->GetSpecification();
          m_ViewportSize.x > 0.0f && m_ViewportSize.y > 0.0f &&
          (spec.Width != m_ViewportSize.x || spec.Height != m_ViewportSize.y)) {
        
        
          // 调整帧缓冲区大小
          m_Framebuffer->Resize((uint32_t)m_ViewportSize.x, (uint32_t)m_ViewportSize.y);
          // 调整摄像机投影：之前调整EditorLayer的摄像机宽高比代码
          m_CameraController.OnResize(m_ViewportSize.x, m_ViewportSize.y);
          //
          // 调整场景内的摄像机:此节所作
          m_ActiveScene->OnViewportResize((uint32_t)m_ViewportSize.x, (uint32_t)m_ViewportSize.y);
      }
      ......
  

      void Scene::OnViewportResize(uint32_t width, uint32_t height)
      {
        
        
          m_ViewportWidth = width;
          m_ViewportHeight = height;
  
          auto view = m_Registry.view<CameraComponent>();
          for (auto entity : view) {
        
        
              auto& cameraComponent = view.get<CameraComponent>(entity);
              if (!cameraComponent.fixedAspectRatio) {
        
        
                  cameraComponent.camera.SetViewportSize(width, height);
              }
          }
      }
  

相关代码

• 修改了Camera.h

  #pragma once
  #include <glm/glm.hpp>
  namespace Hazel {
        
        
  	class Camera {
        
        
  	public:
  		Camera() = default;
  		virtual ~Camera() = default;
  		Camera(const glm::mat4& projection)
  			: m_Projection(projection){
        
        }
  		const glm::mat4& GetProjection() const {
        
         return m_Projection; }
  		// TOOD:做透视投影
  	protected:
  		glm::mat4 m_Projection = glm::mat4(1.0f);
  	};
  }
  

• 新添加了SceneCamera

  #pragma once
  #include "Hazel/Renderer/Camera.h"
  
  namespace Hazel {
        
        
      class SceneCamera : public Camera
      {
        
        
      public:
          SceneCamera();
          virtual ~SceneCamera() = default;
          
          void SetOrthographic(float size, float nearClip, float farClip);
          
          void SetViewportSize(uint32_t width, uint32_t height);
  
          float GetOrthographicSize() const {
        
         return m_OrthographicSize; }
          void SetOrthographicSize(float size)  {
        
         m_OrthographicSize = size; RecalculateProjection();}
  
      private:
          void RecalculateProjection();
      private:
          float m_OrthographicSize = 10.0f;
          float m_OrthographicNear = -1.0f, m_OrthographicFar = 1.0f;
  
          float m_AspectRatio = 0.0f;
      };
  }
  

  #include "hzpch.h"
  #include "SceneCamera.h"
  
  #include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
  
  namespace Hazel {
        
        
  	SceneCamera::SceneCamera()
  	{
        
        
  		RecalculateProjection();
  	}
  	void SceneCamera::SetOrthographic(float size, float nearClip, float farClip)
  	{
        
        
  		m_OrthographicSize = size;
  		m_OrthographicNear = nearClip;
  		m_OrthographicFar = farClip;
  		RecalculateProjection();
  	}
  	void SceneCamera::SetViewportSize(uint32_t width, uint32_t height)
  	{
        
        
  		m_AspectRatio = (float)width / (float)height;
  		RecalculateProjection();
  	}
      
      // 根据m_OrthographicSize来计算宽高比与父类Camera的投影矩阵
  	void SceneCamera::RecalculateProjection()
  	{
        
        
          // TODO:根据父类的类型来计算正交投影矩阵还是透视投影矩阵
  		float orthoLeft = -m_OrthographicSize * m_AspectRatio * 0.5f;
  		float orthoRight = m_OrthographicSize * m_AspectRatio * 0.5f;
  		float orthoBottom = -m_OrthographicSize * 0.5f;
  		float orthoTop = m_OrthographicSize * 0.5f;
  		// 设置父类Camera的投影矩阵
  		m_Projection = glm::ortho(orthoLeft, orthoRight, orthoBottom,
  			orthoTop, m_OrthographicNear, m_OrthographicFar);
  	}
  }
  

• 为什么要保持Camera类不变，而新建SceneCamera类继承Camera类

  因为Camera有个属性m_Projection投影矩阵，这是正交摄像机和透视摄像机通用的投影矩阵属性，所以再分下一级。

  在子类的RecalculateProjection函数中

  • 如果父类是正交摄像机

    计算camera的正交投影矩阵

  • 若是父类是透视摄像机

    计算camera的透视投影矩阵

ScenCamera与之前的OrthographicCamera对比

初始化默认值与变量名字替换

• OrthographicCamera

  m_AspectRatio = 1280.0f / 720.0f = 1.7；
  
  m_ZoomLevel = 1.0f;	// 相当于ScenCamera的m_OrthographicSize
  m_Projection = glm::ortho(-m_AspectRatio * m_ZoomLevel, m_AspectRatio * m_ZoomLevel, -m_ZoomLevel, m_ZoomLevel, -1.0f, 1.0f);
  

• ScenCamera

  // 这里初始化为0，是因为在layer层的onupdate中每帧会检测更新大小，这个值在窗口出现时计算
  float m_AspectRatio = 0.0f;
  // 相当于OrthographicCamera的m_ZoomLevel
  m_OrthographicSize=10.0f;// 用来放大还是放缩	
  // OrthographicCamera是默认值，这里用变量表示
  m_OrthographicNear=-1.0f,m_OrthographicFar = 1.0f;
  
  // 这里的m_OrthographicSize除了一半，相当于5，而OrthographicCamera的m_ZoomLevel不会除以一半
  float orthoLeft = -m_OrthographicSize * m_AspectRatio * 0.5f;
  float orthoRight = m_OrthographicSize * m_AspectRatio * 0.5f;
  float orthoBottom = -m_OrthographicSize * 0.5f;
  float orthoTop = m_OrthographicSize * 0.5f;
  
  m_Projection = glm::ortho(orthoLeft, orthoRight, orthoBottom,
  orthoTop, m_OrthographicNear, m_OrthographicFar);
  

效果图

调整Viewport视口大小，图形不会变形

第二个摄像机