《VR入门系列教程》之13---相机与立体渲染

相机、透视图、视口、投影

    渲染好的场景都需要一个可以供用户查看的视图，我们通常在3D场景中用相机来提供这种需求。相机相对场景有位置和方向，就像我们生活中的相机一样，它也提供透视图查看方式，这种方式可以有近大远小的效果。相机最终会将三维的场景渲染成一幅幅二维的图片，我们就可以通过它的视口进行观察。

    相机处理计算时主要涉及到两个矩阵，第一个是线性变换矩阵（之前章节我们称为转换矩阵），它负责定义场景物体的位置和朝向，第二个是投影矩阵，它负责将三维场景物体投影到二维视口中。当然具体的细节需要太多数学理论，所以Unity3D都将这些已经封装好了，我们开发人员只需要简单的“瞄准、发射”。

    图3-5中描述的是相机核心概念视口和投影，在图中左下角那只大眼睛就代表我们的相机所处的位置，红色的x轴代表相机的朝向，两个蓝色的方块就是被观察的物体，绿色和红色的矩形分别代表近切面和远切面（两个切面之间的物体才可以被看见，而这之间的区域我们称为可视平截椎），近切面就是我们的视口，投影在视口上的图像就是我们真正看见的图像。

 

图3-5

    相机非常强大，它可以让观察者非常真实地观察一个三维场景，此外，它还为动画场景提供了强大的支持，通过移动相机就可以像拍电影一样创建一个动态的叙事的场景，当然，对于VR来说需要我们不能随意移动相机，如果要移动相机我们需要多方面考量，最好做到让用户完全控制相机，这样用户会有一种身临其境的感觉。

立体渲染

    在虚拟现实中，三维图像渲染是一个大问题，然而现在又碰到了如何处理相机这个难题，相机本身就需要处理变换矩阵和投影矩阵，可恶的是，VR中我们还需要处理两次（每只眼睛处理一次）。不过境况并没有那么糟糕，我们有几种处理相机的方法，下面来介绍一个最简单的方法：

    创建一个主相机：应用程序控制唯一一个主相机，所有的逻辑动画等等都只针对主相机，这样，我们在处理相机与其他物体交互的时候就变得简单统一，此外需要注意主相机不参与真正的渲染。主相机还有一个好处，就是可以在双立体视图和传统单一视图之间切换。

    用两个相机渲染：除了主相机，VR程序需要外加两个相机，用来真正处理渲染。这两个相机需要与主相机的位置和朝向保持一致，只是有一点不同，就是它们分别要向左向右偏移一点点，用来模拟我们的瞳距。

    渲染至两个视口：VR应用分别创建的左右眼的渲染相机，它们的视口宽度都是屏幕宽度的一半，高度都为屏幕高度。每个相机处理图形的时候都用了特殊的投影矩阵，这个投影矩阵可以处理反畸变问题（Oculus SDK中提供了这个算法）。

    至此，我们已经简单的了解了VR的图像处理过程，这里讲的非常简单，如果要深入那么每一个点都可以用一整本书来介绍。随着你的程序变得越来越庞大，你需要处理大量的底层问题，对于这些问题最好交个游戏引擎来做，当然，你要是非常NB，你可以自己写一个引擎，但是如果你跟我一样希望集中精力做应用层的事情，那么最好还是使用一个现成的引擎。目前市面上有许多很好的引擎，其中包括下节要介绍的Unity3D游戏引擎。