Panda3d 相机控制

Panda3d 相机控制

Panda3d 把相机也当做是一个 PandaNode，因此可以向操作其他节点对其进行操作。

真正的相机是在ShowBase类中的一个叫做base.cam的NodePath，在这个上面还有一个更简单的叫做base.camera的NodePath，一般对相机进行控制的话，是在代码中进行控制。

默认情况下，panda运行一个task使我们可以通过鼠标来移动相机。用户自己写的移动相机的代码将和这个task产生冲突。该task根据鼠标当前的每一帧输入来更新相机的位置。这意味着直接控制相机的代码将不能工作，因为它会跟默认的相机控制任务相冲突。为了处理这种冲突，那么用户可以通过调用以下函数进行：

base.disableMouse()

ShowBase类为用户准备了一些控制相机的方法。useDrive()命令打开键盘和鼠标控制，这两种控制系统都只能在X和Y轴上移动，不能在Z轴上移动。

键盘系统使用方向键，“上”向前移动相机，“下”向后移动。“左”“右”键左右移动相机镜头。
鼠标系统对按下的任何一个键都有反应。若光标向屏幕上方移动，相机向前；若光标向屏幕下方移动，相机向后。如果光标在屏幕两边，相机向那个方向进行旋转。相机的移动速度取决于光标距离中心的远近。另外，Panda还提供一个命令允许使用跟踪球（trackball）鼠标：

base.useDrive() 
base.useTrackball()

ShowBase还提供了oobe()方法，当你的代码在移动相机节点（base.camera）时，你可以用鼠标/跟踪球来控制基相机节点（base.cam）。这对debug非常有用。oobe代表“out-of-body experience”（灵魂出窍），即开发时你可以对程序进行全方位的观察（God’s-eye view）。该方法是一个开关，你要打开oobe模式时调用它，然后再调用一次关闭它：

base.oobe()

oobeCull()是oobe()的一个变形，它们的作用相近，oobeCull()的不同在于，当从新的相机位置重绘场景时，场景仍然会以原先的相机位置进行剔除（cull）。因此，你可以从你“灵魂飞出”地方来观察场景，你可以四处游走，看到物体进入和弹出视区，就像你的视棱台（view frustum）也在移动一样。

Panda3d中的透视镜头和垂直镜头

透视镜头

每个相机都有一个镜头，决定它的成像参数。对于简单的应用程序，你无需考虑镜头问题，默认的镜头参数已经很好了。但是，有时候你想调整一些镜头的参数，如视域。根据对镜头的不同需求，我们提供了几种接口来修改参数。
Panda3d 启动时，它自动为你创建了一个默认的相机和镜头。这个默认相机对象保持在base.cam（从方便的角度，我们应该使用base.camera来移动相机），默认镜头是base.camLens。
默认镜头几乎总是一个透视镜头——即 PerspectiveLens 类的一个实例——除非你换成另一种镜头。到目前为止，透视镜头是一种使用最广泛的镜头，它就像一台真实的相机的镜头，功能与人眼晶状体相同。

上图展示一个常规透镜相机的成像。相机只能看到黑线框里面的物体，这个区域被称为镜头棱台（frustum）。
图中可以看到镜头拍摄的图像（图像是颠倒的，跟真实的物理镜头成像一样）。颠倒的图像只是起到说明作用，它并不是Panda3D相机的一部分，它帮助我们理解Panda3D镜头和真实镜头的关系。
PerspectiveLens有很多参数可以设置，这些参数不都是独立的，设置某些参数将改变另外一些参数的值。

垂直镜头

前面介绍了PerspectiveLens类，以及透视镜头，3D渲染常用的另外一种镜头就是垂直镜头，它没有视域的概念, 如下图所示：

在垂直镜头里没有透视——穿过镜头的平行光不汇聚，而是保持平行。透视镜头模拟了真实的物理镜头，但现实中不存在垂直镜头。它主要用于特殊效果，比如非自然的景观、模拟即时战略游戏的2.5D场景，或绘制不需要透视的2D物体。事实上，对于 render2d scene graph，默认的相机就是一个OrthographicLens，用于绘制屏幕GUI。

既然垂直镜头没有视域角度，lens.setFov()方法就不起作用。为了调节垂直镜头的范围，你需要调整它的胶片规格。与PerspectiveLens不同，对OrthographicLens来说胶片规格的单位不是任意的，应该用空间单位，与场景建模时使用的单位一致。例如，上图OrthographicLens的胶片规格被设为lens.setFilmSize(20, 15)， 20 英尺 x 15 英尺 ——因为场景建模以英尺为单位，一只大熊猫大概有 12 英尺 高。

垂直镜头的另一个方便的参数是近距离，它的值不必一定是正数。实际上可以是负数——可以把近平面放在相机平面之后，也就是说相机可以看到它身后的物体。为render2d准备的OrthographicLens被设成setNearFar(-1000, 1000)，将绘制所有Z值在-1000到1000之间的物体。（当然，在render2d中，几乎全部物体的Z值都为0，因此不会有什么问题）
如果需要，你可以把默认的相机换成一个垂直镜头：

lens = OrthographicLens() 
lens.setFilmSize(20, 15) # 根据你的场景来选取适当的值
base.cam.node().setLens(lens)

注意，使用垂直镜头可能让人失去空间感——比如，物体不因为你靠近它而变大，也不因为你远离它而变小——因此你可能不知道相机在移动。

Panda3d 中用代码控制相机的移动

下面两个代码就需要禁用Panda3d中默认的鼠标控制相机任务，否则不能达到用户预期的目的。

用键盘控制相机的移动

最终的代码如下所示：

from direct.actor.Actor import Actor
from panda3d.core import loadPrcFileData
from direct.showbase.ShowBase import ShowBase #基本显示模块

# 画面显示配置，设置窗口大小，窗口名称、显示帧率
confVar = """
win-size 1280 720
window-title example
show-frame-rate-meter True
"""

loadPrcFileData("", confVar)

class MyApp(ShowBase):
    def __init__(self):#场景初始化
        super(MyApp, self).__init__()
        base.disableMouse()
        self.person = base.loader.loadModel('smiley')
        self.person.reparentTo(self.render)
        # 循环一个动作
        # self.person.loop('run')
        self.cam.setPos(0, -10, 0)
        self.keyMap = {
            'up':False,
            'down':False,
            'left':False,
            'right':False,
            'go':False,
            'back':False,
            'rotate':False,
        }

        self.speed = 4
        self.angle = 0
        # self.accept(,)
        # self.accept(,, )
        self.accept('arrow_up', self.updateKeyMap, ['up', True])
        self.accept('arrow_up-up', self.updateKeyMap, ['up', False])
        self.accept('arrow_down', self.updateKeyMap, ['down', True])
        self.accept('arrow_down-up', self.updateKeyMap, ['down', False])
        self.accept('arrow_left', self.updateKeyMap, ['left', True])
        self.accept('arrow_left-up', self.updateKeyMap, ['left', False])
        self.accept('arrow_right', self.updateKeyMap, ['right', True])
        self.accept('arrow_right-up', self.updateKeyMap, ['right', False])
        self.accept('w', self.updateKeyMap, ['go', True])
        self.accept('w-up', self.updateKeyMap, ['go', False])
        self.accept('s', self.updateKeyMap, ['back', True])
        self.accept('s-up', self.updateKeyMap, ['back', False])
        self.accept('space-up', self.updateKeyMap, ['rotate', True])
        self.accept('apace-up-up', self.updateKeyMap, ['rotate', False])

        self.taskMgr.add(self.update,"update")

    def updateKeyMap(self, key, state):
        self.keyMap[key] = state

    def update(self, task):
        # 或者这个函数的运行时间，或者说是更新的帧率
        dt = globalClock.getDt()
        pos = self.person.getPos()
        if self.keyMap['up']:
            pos.z += self.speed * dt
        if self.keyMap['down']:
            pos.z -= self.speed * dt
        if self.keyMap['left']:
            pos.x -= self.speed * dt
        if self.keyMap['right']:
            pos.x += self.speed * dt
        if self.keyMap['go']:
            pos.y -= self.speed * dt
        if self.keyMap['back']:
            pos.y += self.speed * dt
        if self.keyMap['rotate']:
            self.angle += 1
            if self.angle == 360:
                self.angle = 0
            self.person.setH(self.angle)
        self.person.setPos(pos)

        return task.cont


app = MyApp()
app.run()
run()

用鼠标控制相机的移动

Panda3d 中默认的鼠标操作定义如下：

• 鼠标左键：按住左键再移动光标可以控制画面左右旋摆。
• 鼠标右键：按住右键键再移动光标可以控制画面的远近。
• 鼠标滚轮：按住滚轮键键再移动光标可以控制角度上下左右的角度旋转（盘旋）。
• 鼠标右键+滚轮：按住右键+滚轮键键再移动光标绕垂直电脑屏幕的轴旋转。

下面代码中的鼠标操作定义如下：

• 鼠标左键：按住左键再移动光标可以控制画面左右上下移动。

• 鼠标右键：按住右键键再移动光标可以控制画面的左右上下旋转。

• 鼠标滚轮：按住滚轮键可以控制画面的前后移动，也就是画面的放大和缩小。

• mouse1 是鼠标左键
• mouse2 是鼠标中键
• mouse3 是鼠标右键

代码如下：

from direct.actor.Actor import Actor
from panda3d.core import loadPrcFileData
from direct.showbase.ShowBase import ShowBase #基本显示模块
from direct.showbase.ShowBase import (Filename, LVecBase3f, NodePath, Task)
from direct.interval.IntervalGlobal import LerpPosInterval
from IPython import embed

# 画面显示配置，设置窗口大小，窗口名称、显示帧率
confVar = """
win-size 1280 720
window-title example
show-frame-rate-meter True
"""

loadPrcFileData("", confVar)

class MyApp(ShowBase):
	def __init__(self):#场景初始化
		super(MyApp, self).__init__()
		base.disableMouse()
		self.person = base.loader.loadModel('smiley')
		self.person.reparentTo(self.render)
		# 循环一个动作
		# self.person.loop('run')
		self.cam.setPos(0, -10, 0)
		self.keyMap = {
			'up':False,
			'down':False,
			'left':False,
			'right':False,
			'go':False,
			'back':False,
			'rotate':False,
		}

		self.speed = 4
		self.angle = 0
		self.mouse_map = {}
		self.Cursor2D_X = 0.0
		self.Cursor2D_Y = 0.0
		self.Cursor2D_X_pre = 0.0
		self.Cursor2D_Y_pre = 0.0
		self.Cursor2D_X_direction = 0.0
		self.Cursor2D_Y_direction = 0.0

		# 可以取消原来默认的鼠标点击事件，可以用户自定义鼠标控制事件
		self.accept("mouse1", self.SetMouse, ["mouse1_event", True])
		self.accept("mouse1-up", self.SetMouse, ["mouse1_event", False])
		# mouse2 是鼠标中键
		# 鼠标的右键
		self.accept("mouse3", self.SetMouse, ["mouse3_event", True])
		self.accept("mouse3-up", self.SetMouse, ["mouse3_event", False])


		# self.mouseWatcherNode.set_modifier_buttons(ModifierButtons())
		# self.buttonThrowers[0].node().set_modifier_buttons(ModifierButtons())

		self.accept("mouse3-up_mouse1-up", self.SetMouse, ["mouse31_event", False])

		# 鼠标中键向上滚动
		self.accept("wheel_up", self.cameraZoom,[-1])
		# 鼠标中键向下滚动
		self.accept("wheel_down", self.cameraZoom,[1])

		self.taskMgr.add(self.UpdateMouseCameraTask, "UpdateMouseCameraTask")

	def SetMouse(self, mouse, val):
		self.mouse_map[mouse] = val

	def UpdateMouseCameraTask(self, task):

		# time since last frame
		dt = globalClock.getDt()
		step = 90
		if base.mouseWatcherNode.hasMouse():
			# 两条指令值等价的，都是得到当前鼠标的位置
			self.Cursor2D_X = base.mouseWatcherNode.getMouseX()
			self.Cursor2D_Y = base.mouseWatcherNode.getMouseY()

			if(self.Cursor2D_X - self.Cursor2D_X_pre > 1e-4):
				self.Cursor2D_X_direction = 0.1
			elif (self.Cursor2D_X - self.Cursor2D_X_pre < -1e-4):
				self.Cursor2D_X_direction = -0.1
			else:
				self.Cursor2D_X_direction = 0.0

			if(self.Cursor2D_Y - self.Cursor2D_Y_pre > 1e-4):
				self.Cursor2D_Y_direction = 0.1
			elif (self.Cursor2D_Y - self.Cursor2D_Y_pre < -1e-4):
				self.Cursor2D_Y_direction = -0.1
			else:
				self.Cursor2D_Y_direction = 0.0

			if self.mouse_map.get("mouse1_event") == True and (self.mouse_map.get("mouse3_event") == False or  self.mouse_map.get("mouse3_event") == None):
				self.camera.setPos(LVecBase3f(self.camera.getX()-(2*self.Cursor2D_X_direction), self.camera.getY(), self.camera.getZ()-2*self.Cursor2D_Y_direction))

			if self.mouse_map.get("mouse3_event") == True and (self.mouse_map.get("mouse1_event") == False or self.mouse_map.get("mouse1_event") == None):
				self.camera.setHpr(self.camera.getH()+(2*self.Cursor2D_X_direction), self.camera.getP()+(2*self.Cursor2D_Y_direction), self.camera.getR())

			# # 以下两个指令用来获取得到当前窗口的大小
			# print(base.win.getProperties().getXSize())
			# print(base.win.getProperties().getYSize())

			self.Cursor2D_X_pre = self.Cursor2D_X
			self.Cursor2D_Y_pre = self.Cursor2D_Y

		return Task.cont

	# 进行相机视野的放大和缩小
	def cameraZoom(self,dir):
		self.camera.setPos(LVecBase3f(self.camera.getX(), self.camera.getY()-(2*dir), self.camera.getZ()+(2*dir)))
		# self.camZoom = LerpPosInterval(self.camera, self.speed, LVecBase3f(self.camera.getX(), self.camera.getY()-(2*dir), self.camera.getZ()+(2*dir)))
		# self.camZoom.start()


app = MyApp()
app.run()
run()

上述UpdateMouseCameraTask 主要是通过不断的比较当前鼠标光标的位置来调整相机的位置，按下鼠标的左键主要是控制相机的位置移动， 而按下右键主要是控制相机的姿态旋转。