这章我们先讲第一人称漫游的实现.在openTK里,我们用函数Matrix4.LookAt(caram.Eye,caram.Target,Vector3.UnitY)来放置摄像机,其中三个参数分别与摄像机位置,摄像机朝向,摄像机向上的向量.与opengl里的glulookat其实是一样的.

本来为了查找漫游的功能,在网上找了些,发现相关讲解都很少,更多只是写出了代码,花了一些时间查找相关概念与调试,其中把我的理解会说明上,有不对的地方欢迎大家指出.

漫游最基本的功能,我们包括相关步进,前进,后退,左进,右进.还有就是视角旋转,包含水平方向旋转,以及垂直方向上的旋转.在讲下面之前,我们先来看下什么是球面坐标系.

引用维基百科里的

在数学里，球坐标系（英语：Spherical coordinate system）是一种利用球坐标 表示一个点 p 在三维空间的位置的三维正交坐标系。

右图显示了球坐标的几何意义：原点与点 P 之间的径向距离 ，原点到点 P 的连线与正 z-轴之间的天顶角 ，以及原点到点 P 的连线，在 xy-平面的投影线，与正 x-轴之间的方位角 。

、 、 。

上面的这些大家都好理解,我们的漫游模型可以根据这个来,eye是摄像机位置,p摄像机朝向向量.但是我们的坐标应该是这样的.

根据上面的我们来完成我们摄像机类,如下.

     type Camera() =

         let mutable eye = Vector3.Zero

         let mutable eyeLength = .

         let mutable yangle = .

         let mutable xangle= Math.PI/.

         member this.Eye

             with get() = eye

             and set value = eye <- value

         member this.EyeLength

             with get() = eyeLength

             and set value =

                 if value < . then eyeLength <- 0.1

                 eyeLength <- value

         member this.YAngle

             with get() = yangle

             and set value =

                 if value > Math.PI then yangle <- .

                 //elif value < 0. then yangle <- Math.PI

                 else yangle <- value

         member this.XAngle

             with get() = xangle

             and set value =

                 printfn "xangle:%f" value

                 if value > .* Math.PI then xangle <- .

                 elif value < . then xangle <- . * Math.PI

                 else xangle <- value

         member this.Target

             with get() =

                 //printfn "%f" this.XAngle

                 let xyLength = Math.Cos(this.YAngle)

                 let x:float =float eye.X + eyeLength * xyLength * Math.Cos(this.XAngle)

                 let y:float =float eye.Y + eyeLength * Math.Sin(this.YAngle)

                 let z:float =float eye.Z + eyeLength * 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 x1 = float this.Eye.X + x * sinX + z * cosX

             let y1 = float this.Eye.Y + y

             let z1 = float this.Eye.Z + z * sinX - x * cosX

             printfn "angle:%f, sinx:%f, cosx:%f" this.XAngle sinX cosX

             printfn "x:%f, y:%f, z:%f" x1 y1 z1

             this.Eye <- new Vector3(float32 x1,float32 y1,float32 z1)

         member this.UpAndDown y =

             let ya = this.YAngle + y

             this.YAngle <- ya

         member this.RightAndLeft x =

             let xa = this.XAngle + x

             this.XAngle <- xa

         member this.Rotate (x,y) =

             let xa = this.XAngle + x

             let ya = this.YAngle + y

             this.YAngle <- ya

             this.XAngle <- xa

可以看到我们的Target,就是看的方向,根据球面坐标，我们可以通过xangle与yangle来求得。而xangle与yangle可以根据上面给出的UpAndDown,RightAndLeft,Rotate这三个方法来增加对应我们在水平与垂直方向上的旋转角度.其中Xangle默认是PI/2,就是90度,是因为默认我们是向前看,也就是向Z轴看.

然后是左右,上下前进的代码,这部分逻辑代码在this.Transelt (x,y,z) ,x,y,z分别表示左右,上下,前后上的走的值,最开始我用的(x1,z1) = this.Eye.(X,Z) + (x,z)这样发现如果没有进行旋转,那么是对的,但是如果我旋转90度后来看,前后变成左右了,大家可以试着分析下相关原因,比如前进,我们增加的是z的值.但是我们旋转90度后,我们再来看,这是前进对应的是x轴的值,所以实际上,我们前后左右走,还与我们的左右旋转的角度xangle有关,实际我们应该是以方向向量为xangle方向在对应的x与z值的投影值.

如果这个图还是不理解,可以看Opengl绘制我们的小屋(四)第三人称漫游第一张图有更详细的说明.

下面我们进入我们主题,画一个室内景,下面是我在网上找的一个室内模型图,用手机照的,可能不是很清晰.

我们根据上面的模型来建模,相关立方体用上文提供的绘制方法,相关代码如下.

 #r "F:\3D\1.0\Binaries\OpenTK\Debug\OpenTK.dll"

 #r "F:\3D\1.0\Binaries\OpenTK\Debug\OpenTK.GLControl.dll"

 #r "F:\3D\1.0\Binaries\OpenTK\Debug\Examples.exe"

 #load "Shape.fsx"

 open System

 open System.Collections.Generic

 open System.Windows.Forms

 open System.Threading

 open System.Drawing

 open System.Drawing.Imaging

 open OpenTK

 open OpenTK.Graphics

 open OpenTK.Graphics.OpenGL

 open Shape

 type loopForm() as form=

     inherit Form()

     let caram = Shape.Camera()

     let offest = 0.1f

     let offestd = float offest

     let glControl = new OpenTK.GLControl()

     let cubeEnter = Shape.Cube(1.5f,0.2f,1.8f,)

     let cubeParlor = Shape.Cube(4.9f,0.2f,6.3f,)

     let cubeBalcony1 = Shape.Cube(4.9f,0.2f,1.9f,)

     let cubeBalcony2 = Shape.Cube(1.6f,0.2f,2.1f,)

     let cubeBalcony3 = Shape.Cube(1.8f,0.2f,3.0f,)

     let cubeKitchen = Shape.Cube(4.5f,0.2f,1.8f,)

     let cubeBathroom = Shape.Cube(2.1f,0.2f,2.1f,)

     let cubeGallery = Shape.Cube(2.1f,0.2f,1.2f,)

     let cubeMasterBedroom = Shape.Cube(3.6f,0.2f,3.9f,)

     let cubeSecondbedroom = Shape.Cube(3.0f,0.2f,3.3f,)

     let cubeWall1 = Shape.Cube(0.2f,.f,8.1f,)

     let cubeWall2 = Shape.Cube(4.5f,.f,0.2f,)

     let cubeWall3 = Shape.Cube(0.2f,.f,1.8f,)

     let cubeWall4 = Shape.Cube(0.2f,1.8f,1.8f,)

     let cubeWall5 = Shape.Cube(3.0f,.f,0.2f,)

     let cubeWall6 = Shape.Cube(0.2f,.f,3.7f,)

     let cubeBathroom1 = Shape.Cube(2.1f,.f,0.2f,)

     let cubeBathroom2 = Shape.Cube(0.2f,.f,2.1f,)

     let cubeFence1 = Shape.Cube(0.05f,0.02f,1.9f,)

     let cubeFence2 = Shape.Cube(2.3f,0.02f,0.05f,)

     let cubeFence3 = Shape.Cube(0.05f,0.02f,2.1f,)

     let cubeFence4 = Shape.Cube(3.4f,0.02f,0.05f,)

     let cubeWall7 = Shape.Cube(2.1f,.f,0.2f,)

     let cubeWall8 = Shape.Cube(0.2f,.f,3.0f,)

     let cubePillar = Shape.Cube(0.2f,.f,0.2f,)

     let cubePillar2 = Shape.Cube(0.1f,1.1f,0.2f,)

     let mutable oldMouseLocation = Vector2.Zero

     do

         caram.Transelt(.,1.7,0.0)

         form.SuspendLayout()

         glControl.Location <- new Point(,)

         glControl.Size <- new Size(,)

         glControl.BackColor <- Color.Red

         glControl.Resize.Add(form.resize)

         glControl.Paint.Add(form.paint)

         glControl.KeyDown.Add(form.KeyDown)

         glControl.MouseMove.Add(form.MouseDownv)

         form.ClientSize <- new Size(,)

         form.Text <- "opengl"

         form.StartPosition <- FormStartPosition.Manual

         form.Location <- new Point(,)

         form.Controls.Add(glControl)

         form.ResumeLayout(false)

         //#endregion

     override v.OnLoad e =

         base.OnLoad e

         GL.ClearColor Color.MidnightBlue

         Application.Idle.Add(v.AIdle)

         GL.FrontFace FrontFaceDirection.Ccw

         GL.Enable( EnableCap.PointSmooth )

         //踢除正反面

         GL.Enable EnableCap.CullFace

         GL.CullFace CullFaceMode.Back

         //设置材料面填充模式

         GL.PolygonMode(MaterialFace.Front,PolygonMode.Fill)

         GL.PolygonMode(MaterialFace.Back,PolygonMode.Line)

 //#region

     member v.resize (e:EventArgs) =

         GL.Viewport(,,glControl.ClientSize.Width,glControl.ClientSize.Height)

         let aspect = float32 glControl.ClientSize.Width /float32 glControl.ClientSize.Height

         let mutable projection = Matrix4.CreatePerspectiveFieldOfView(MathHelper.PiOver2,aspect,0.1f,.f)

         GL.MatrixMode MatrixMode.Projection

         GL.LoadMatrix(&projection)

     member v.paint (e:PaintEventArgs) =

         v.Render()

     member v.AIdle (e:EventArgs) =

         while (glControl.IsIdle) do

             v.Render()

     member v.MouseDownv(e:MouseEventArgs) =

         if e.Button = MouseButtons.Right then

             if oldMouseLocation = Vector2.Zero then

                 oldMouseLocation <- Vector2(float32 e.X,float32 e.Y)

             else

                 let nx = (float32 e.X - oldMouseLocation.X) * offest * 0.1f

                 let ny = (float32 e.Y - oldMouseLocation.Y) * offest * -0.1f

                 caram.Rotate(float nx,float ny)

         oldMouseLocation <- Vector2(float32 e.X,float32 e.Y)

     member v.KeyDown(e:KeyEventArgs) =

         //let keys = e.KeyData

         match e.KeyCode with

         | Keys.E ->caram.Transelt(.,.,.* offestd)

         | Keys.D ->caram.Transelt(.,.,-.* offestd)

         | Keys.S ->caram.Transelt(.* offestd,.,0.0)

         | Keys.F ->caram.Transelt(-.* offestd,.,.)

         | _ -> ()

     member x.UIValue

         with get (text:TextBox) =

             let mutable value = .f

             if System.Single.TryParse(text.Text,&value) then

                 value <- value

             value

         and set (text:TextBox) (value:float32) = text.Text<- value.ToString()

 //#endregion

     member v.Render =

         //Keyboard[OpenTK.Input.Key.F11]

         GL.Clear(ClearBufferMask.ColorBufferBit ||| ClearBufferMask.DepthBufferBit)

         //地面

         v.DrawCube(cubeEnter,Vector3.Zero)

         v.DrawCube(cubeParlor,.f,.f,1.8f)

         v.DrawCube(cubeBalcony1,.f,.f,8.1f)

         v.DrawCube(cubeBalcony2,2.3f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeBalcony3,3.9f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeKitchen,1.5f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeBathroom,3.9f,.f,1.8f)

         v.DrawCube(cubeGallery,3.9f,.f,3.9f)

         v.DrawCube(cubeMasterBedroom,3.9f,.f,5.1f)

         v.DrawCube(cubeSecondbedroom,6.0f,.f,1.8f)

         //墙

         v.DrawCube(cubeWall1,Vector3.Zero)

         v.DrawCube(cubeWall2,Vector3(1.5f,.f,.f))

         v.DrawCube(cubeWall3,Vector3(1.5f,.f,.f))

         v.DrawCube(cubeWall4,Vector3(6.0f,.f,.f))

         v.DrawCube(cubeWall5,Vector3(6.0f,.f,1.8f))

         v.DrawCube(cubeWall6,Vector3(9.0f,.f,1.8f))

         v.DrawCube(cubeWall6,Vector3(7.5f,.f,5.1f))

         v.DrawCube(cubeWall6,Vector3(3.9f,.f,5.1f))

         v.DrawCube(cubeWall7,Vector3(3.9f,.f,9.0f))

         v.DrawCube(cubeWall8,Vector3(6.0f,.f,9.0f))

         v.DrawCube(cubeBathroom1,Vector3(3.9f,.f,1.8f))

         //v.DrawCube(cubeBathroom1,Vector3(3.9f,0.f,3.9f))

         v.DrawCube(cubeBathroom2,Vector3(3.9f,.f,1.8f))

         v.DrawCube(cubeBathroom2,Vector3(6.0f,.f,1.8f))

         v.DrawCube(cubeFence1,0.0f,.f,8.1f)

         v.DrawCube(cubeFence2,0.0f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeFence3,2.3f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeFence4,2.3f,.f,12.1f)

         v.DrawCube(cubePillar,Vector3(2.3f,.f,.f))

         v.DrawCube(cubePillar,Vector3(2.3f,.f,9.9f))

         v.DrawCube(cubePillar2,Vector3(.f,.f,9.9f))

         //房顶

         GL.PushMatrix()

         GL.Translate(.f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeEnter,Vector3.Zero)

         v.DrawCube(cubeParlor,.f,.f,1.8f)

         v.DrawCube(cubeBalcony1,.f,.f,8.1f)

         v.DrawCube(cubeBalcony2,2.3f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeBalcony3,3.9f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeKitchen,1.5f,.f,.f)

         v.DrawCube(cubeBathroom,3.9f,.f,1.8f)

         v.DrawCube(cubeGallery,3.9f,.f,3.9f)

         v.DrawCube(cubeMasterBedroom,3.9f,.f,5.1f)

         v.DrawCube(cubeSecondbedroom,6.0f,.f,1.8f)

         GL.PopMatrix()

         let mutable lookat = Matrix4.LookAt(caram.Eye,caram.Target,Vector3.UnitY)

         GL.MatrixMode(MatrixMode.Modelview)

         GL.LoadMatrix(&lookat)

         glControl.SwapBuffers()

         ignore

     member v.DrawCube(cube:Shape.Cube,pos:Vector3) =

         v.DrawCube(cube,pos,cube.Index)

     member v.DrawCube(cube:Shape.Cube,x,y,z) =

         v.DrawCube(cube,new Vector3(x,y,z),cube.Index)

     member v.DrawCube(cube:Shape.Cube,x,y,z,ind) =

         v.DrawCube(cube,new Vector3(x,y,z),ind)

     member v.DrawCube(cube:Shape.Cube, pos:Vector3, ind:int) =

         GL.PushMatrix()

         cube.Index <- ind

         GL.Translate(pos)

         cube.Draw()

         GL.PopMatrix()

 let t = new loopForm()

 t.Show()

v.MouseDownv(e:MouseEventArgs)实际对应的鼠标移动,作用是检测鼠标右键按下后,鼠标移动向量,然后进行上下,左右的旋转.

v.KeyDown(e:KeyEventArgs) 就是EDSF行走.对应前后左右.

在Render里,就是我们绘制的模型代码,先画模型,然后设置相机.别的如投影矩阵,大家如果有兴趣,可以自己查找相关资料.

let mutable lookat = Matrix4.LookAt(caram.Eye,caram.Target,Vector3.UnitY)
GL.MatrixMode(MatrixMode.Modelview)
GL.LoadMatrix(&lookat)

效果图.我不否认这很丑,可能下一章节还要丑,下一章节如果没意外,会先讲灯光的应用,然后才是纹理.

附件为相关代码以及可运行程序,操作方式和网游一样,鼠标右键按下,上下左右移动是视角.WASD行走,(代码里是EDSF,游戏里的快捷键习惯).

后面我会介绍灯光与纹理贴图的相关应用.

附件地址 http://files.cnblogs.com/zhouxin/%E9%99%84%E4%BB%B6.rar

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