Opengl绘制我们的小屋(四)第三人称漫游

本节内容是在第一人称漫游上完成的，请先了解上文中第一人称漫游的实现.

这一节讲下第三人称漫游是如何实现，第三人称，简单来说，就是在你后面会跟着一台摄像机顺着你拍摄。

先看一下失败的尝试。这个方法是把人定在摄像机方向的前面，结合前面第一人称漫游的实现，如果只是前后左右移动，人和摄像机是一起的，这样是不用改动，关键是原来以摄像机为原点旋转，而这个我们要以人为原点来旋转，先来看下水平左右的的旋转实现，如下图：

根据上面关系，我们主要代码如下，大致过程如下，人左右旋转，然后得到摄像机的新位置，摄像机再调整方向，根据摄像机的方向与人的距离设定人的位置。

type ThreeCamera() = 
        let camera = new Camera()
        let mutable toEye = 1.f
        member this.Eye with get() = camera.Eye 
        member this.Target with get() = camera.Target
        member this.Location 
            with get() = 
                let mutable tv = camera.Target-camera.Eye
                tv.Normalize()
                camera.Eye + tv * toEye
        member this.ToEye with get() = toEye and set value = toEye <- value
        member this.Transelt (x,y,z) = 
            camera.Transelt(x,y,z)          
        //左右对中心转     
        member this.RightAndLeft x =            
            let origin = this.Location
            let oe = camera.Eye - origin
            let length = oe.Length
            let oex = Vector2(oe.X,oe.Z)
            let oez = Vector2(-oe.Z,oe.X)
            let sinLR =length *  float32 (Math.Sin(x))
            let cosLR =length *  float32 (Math.Cos(x))  
        //得到摄像机新位置
            let newEye = oex * cosLR + oez * sinLR + Vector2(origin.X,origin.Z)
            camera.Eye <- Vector3(newEye.X,camera.Eye.Y,newEye.Y)
        //重新调整摄像机的方向
        camera.XAngle <- camera.XAngle + x

左右旋转在正常的速度下，能得到正常的效果，后面我试着改变人与摄像机的长度，或者快速左右旋转，都会造成人的位置移动，想了一久都没想到是什么原因，如果有知道可能原因,麻烦告知一下.谢谢了.

此路不通后,我想了一种思路,说起来很简单,第一人称是以摄像机为球心,摄像机的方向为球面坐标系.如果以第三人称来看,人应该是球心,摄像机所在位置可以看做是球面,只需要换算一下球心与球面的算法就可以,如下所示.

    type Camera() = 
        let mutable origin = Vector3.Zero
        let mutable length = 1.
        let mutable yangle = 0.
        let mutable xangle= Math.PI/2.
        let mutable bThree = true
        do
            if not bThree then xangle <- Math.PI/2. else xangle <- 1.5*Math.PI            
        member this.IsThree 
            with get() = bThree 
            and set value = 
                //if value then this.Origin <- this.Target
                xangle <- xangle + Math.PI
                bThree <- value
        member this.Eye 
            with get() = 
                let mutable eye = this.Origin
                if bThree then eye <- this.Direction
                eye
        member this.People 
            with get() = 
                let mutable people = this.Origin
                if not bThree then people <- this.Direction
                people
        member this.Target 
             with get() = 
                let mutable target = this.Direction
                if bThree then target <- this.Origin
                target
        member this.Origin 
            with get() = origin 
            and set value = origin <- value
        member this.Length 
            with get() = length 
            and set value = 
                if value < 0. then length <- 0.1
                length <- value
        member this.YAngle 
            with get() = yangle
            and set value = 
                if value > Math.PI/2. then yangle <- Math.PI/2.
                elif value < -Math.PI/2. then yangle <- -Math.PI/2.
                else yangle <- value
        member this.XAngle 
            with get() = xangle
            and set value = 
                if value > 2.* Math.PI then xangle <- value - 2.* Math.PI
                elif value < 0. then xangle <- value + 2. * Math.PI
                else xangle <- value       
        member this.PeopleAngle 
            with get()=
                let mutable angle = this.XAngle + Math.PI/2.
                angle
        member this.Direction 
            with get() = 
                let mutable len = 1.
                if bThree then len <- length
                let xyLength = Math.Cos(this.YAngle) * len
                let x:float =float origin.X + xyLength * Math.Cos(this.XAngle)
                let y:float =float origin.Y + len * Math.Sin(this.YAngle)
                let z:float =float origin.Z + xyLength * Math.Sin(this.XAngle)
                Vector3(float32 x,float32 y,float32 z)
        member this.Transelt (x,y,z) = 
            let sinX = Math.Sin(this.XAngle)
            let cosX = Math.Cos(this.XAngle)
            let mutable xstep = x * sinX + z * cosX 
            let mutable zstep = z * sinX - x * cosX
            if bThree then 
                xstep <- -xstep
                zstep <- -zstep
            let x1 = float origin.X + xstep
            let y1 = float origin.Y + y
            let z1 = float origin.Z + zstep 
            printfn "angle:%f, sinx:%f, cosx:%f" this.XAngle sinX cosX
            printfn "x:%f, y:%f, z:%f" x1 y1 z1
            origin <- new Vector3(float32 x1,float32 y1,float32 z1)
        member this.Rotate (x,y) =
            let xa = this.XAngle + x
            let mutable ystep = y
            if bThree then ystep <- -y
            let ya =this.YAngle + ystep
            this.YAngle <- ya
            this.XAngle <- xa

xangle与yangle分别是指人或者摄像机当前的偏移量，上文中讲第一人称有讲。IsThree表示是在第三人称漫游情况下，这里面会计算球心Origin与球面Direction，在第一人称时，摄像机位置Eye是origin，摄像机方向Target是Direction,因为摄像机是方向向量，所以length此时固定为1来算，此时改变此值没什么意义，而在第三人称时，人是Origin,而摄像机Eye是Direction,此时length表示人与摄像机的距离，会造成视角内人物放大与放小的效果。

这段代码可以很好的工作，并且很容易就实现第一人称与第三人称的切换，需要注意的是，以第三人称漫游时，上下旋转和前后左右走动与第一人称是相反的，大家可以自己想像一下，在第三人称时，人向上，对应摄像机的在球面是向下动的，同理，前后左右走动也是一样，只有左右旋转时，第一人称与第三人称方向一致。

效果图，灯光还没设置完整，里面有点暗。

原来的附件在我的笔记本上HD5650可以运行，我发现在我老婆的电脑上，用的是650TI,会出现相关内存不能为读的问题，经查找，发现问题是在设置顶点数据//GL.VertexPointer(3,VertexPointerType.Float,0,IntPtr.Zero)这句代码有问题，现改为GL.InterleavedArrays(InterleavedArrayFormat.V3f,0,IntPtr.Zero)，也可以运行，具体原因不知，有那么清楚，可以帮忙说明下。

下面给出实现第一人称与第三人称切换版的附件。

新增加快捷键V切换一三人称漫游，小键盘上的+与—分别是增加与缩小人与摄像机的距离。

一三人称小室切换版。