3D编程技巧：从相机到模型加载与物理模拟

### 3D编程技巧：从相机到模型加载与物理模拟 #### 1. 多触摸支持提示 在开发中，添加多触摸支持是个很棒的想法。可以不使用轮询方式，而是利用实际的触摸事件。在“触摸按下”事件发生时，检查按钮是否被点击。若被点击，标记与之关联的指针ID，使其在对应的“触摸抬起”事件触发前不能产生滑动手势。而其他指针ID的触摸事件则可被解释为滑动手势。 #### 2. 视角相机（Look - At Camera） 视角相机是游戏中常见的另一种相机类型，它由以下要素定义： - **空间位置**：相机在空间中的具体位置。 - **上向量**：可想象为相机平放在水平表面时，贴在相机背面的“此面朝上”贴纸所对应的箭头方向。 - **视角位置**：相机所看向的空间位置。 - **视野角度**：以度为单位的相机视野范围。 - **视口宽高比**：视口的宽度与高度的比例。 - **近裁剪面距离和远裁剪面距离**：决定相机能看到的最近和最远的距离。 以下是视角相机的代码实现： ```java package com.badlogic.androidgames.framework.gl; import javax.microedition.khronos.opengles.GL10; import android.opengl.GLU; import com.badlogic.androidgames.framework.math.Vector3; public class LookAtCamera { final Vector3 position; final Vector3 up; final Vector3 lookAt; float fieldOfView; float aspectRatio; float near; float far; public LookAtCamera(float fieldOfView, float aspectRatio, float near, float far) { this.fieldOfView = fieldOfView; this.aspectRatio = aspectRatio; this.near = near; this.far = far; position = new Vector3(); up = new Vector3(0, 1, 0); lookAt = new Vector3(0,0,-1); } public Vector3 getPosition() { return position; } public Vector3 getUp() { return up; } public Vector3 getLookAt() { return lookAt; } public void setMatrices(GL10 gl) { gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); gl.glLoadIdentity(); GLU.gluPerspective(gl, fieldOfView, aspectRatio, near, far); gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW); gl.glLoadIdentity(); GLU.gluLookAt(gl, position.x, position.y, position.z, lookAt.x, lookAt.y, lookAt.z, up.x, up.y, up.z); } } ``` 视角相机与欧拉相机的区别在于相机方向的编码方式。视角相机通过上向量和视角位置来指定方向。`setMatrices()`方法先将投影矩阵设置为基于视野角度、宽高比以及近远裁剪面距离的透视投影矩阵，再通过`gluLookAt()`方法设置模型视图矩阵，包含相机的位置和方向矩阵。 实际上，视角相机可以像欧拉相机一样使用。步骤如下： 1. 通过视角点减去相机位置得到方向向量，并进行归一化处理。 2. 用偏航角和俯仰角旋转该方向向量。 3. 将新的视角位置设置为相机位置加上方向向量。 #### 3. 模型加载 在代码中定义模型（如立方体）是很繁琐的。更好的方法是使用专业软件进行所见即所得的复杂模型创建，常见软件如下： | 软件名称 | 特点 | | ---- | ---- | | Blender | 开源项目，功能强大且灵活，但有一定学习难度 | | Wings3D | 开源，用于简单低多边形静态对象建模，操作简单 | | 3D Studio Max | 行业标准商业软件，有学生版本 | | Maya | 行业常用商业软件，有适合小预算的定价选项 | #### 4. Wavefront OBJ格式 我们将实现一个支持部分OBJ格式的加载器，该加载器支持仅由三角形组成的模型，可选择性包含纹理坐标和法线。OBJ格式是基于行的，以下是我们要处理的语法部分： - `v x y z`：表示顶点位置，x、y、z为浮点数坐标。 - `vn i j k`：表示顶点法线，i、j、k为法线的x、y、z分量。 - `vt u v`：表示纹理坐标对，u和v为纹理坐标。 - `f v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3`：表示一个三角形，每个`v/vt/vn`块包含三角形单个顶点的位置、纹理坐标和法线的索引。 以下是一个简单的带法线的纹理三角形的OBJ格式示例： ``` v -0.5 -0.5 0 v 0.5 -0.5 0 v 0 0.5 0 vn 0 0 1 vn 0 0 1 vn 0 0 1 vt 0 1 vt 1 1 vt 0.5 0 f 1/1/1 2/2/2 3/3/3 ``` 需要注意的是，顶点位置、纹理坐标和法线的定义顺序不一定整齐，且`f`语句中的索引是从1开始的，有些软件还会输出负索引，处理时需要根据已加载的顶点属性数量进行调整。 #### 5. 实现OBJ加载器 加载OBJ文件的步骤如下： ```mermaid graph TD; A[打开输入流读取资产文件] --> B[读取文件的所有行]; B --> C[根据行数分配临时数组]; C --> D[遍历每行解析数据]; D --> E[处理顶点位置、法线、纹理坐标和三角形索引]; E --> F[组装顶点数组]; F --> G[创建Vertices3实例并设置顶点]; G --> H[返回模型]; ``` 以下是OBJ加载器的代码实现： ```java package com.badlogic.androidgames.framework.gl; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.InputStreamReader; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import com.badlogic.androidgames.framework.impl.GLGame; public class ObjLoader { public static Vertices3 load(GLGame game, String file) { InputStream in = null; try { in = game.getFileIO().readAsset(file); List<String> lines = readLines(in); float[] vertices = new float[lines.size()* 3]; float[] normals = new float[lines.size()* 3]; float[] uv = new float[lines.size()* 2]; int numVertices = 0; ```