カメラワーク
ここでは、実践的なカメラワークを実現する方法について扱います。
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カメラワーク
VCSSL Graphics3D におけるカメラワークには、以下の2パターンの方式が存在します。
地球儀方式（※）のカメラワーク
最も単純なカメラワークは、ビュー座標系上に配置したワールド座標系を、 マウス操作に伴ってくるくると自転させる方式のものです。 例えるなら地球儀のような方式なので、 こでは地球儀方式（※）と呼びましょう。 この方式は、ある程度小さい立体を、 色々な角度から眺めるような場合に向いています。
地球儀方式のカメラワークは非常に簡単に実装できるため （ワールド座標系をマウス操作に応じて回転させるだけです）、 ここではあまり深く扱いません。
実際、これまでに使用してきたフレームワーク（Graphics3DFramework）のデフォルトの視点操作処理でも、この方式のカメラワークを採用しています。そのため、独自に実装する必要は、通常はほとんどありません。
カメラ移動方式のカメラワーク
もう一つ、地球儀方式と共によく用いられるのが、 ワールド座標系上でカメラを動かすようなカメラワークです。 例えば3Dのアクションゲームなどでは、 主人公の背後から見下ろすような視点で、 主人公が移動するとカメラも後ろから追従していきます。 このようなカメラ移動方式のカメラワークは、 広大な立体を移動しながら眺めるような場合に向いています。
ここでは、このカメラ移動方式のカメラワークを中心に扱います。
ビュー変換
ワールド座標系からビュー座標系への座標変換は、 特別にビュー変換と呼ばれます。 カメラワークを制御する事は、 つまりはこのビュー変換を制御する事です。
座標変換の処理順序
一般に、立体の座標変換順序は
→ （ローカル変換） → ローカル座標系
→ （ワールド変換） → ワールド座標系
→ （ビュー変換）→ ビュー座標系
という流れで処理されます。
地球儀方式のビュー変換
地球儀方式のカメラワークの場合は、座標系の配置階層の順序は、 そのまま座標変換処理の順序に一致します。 即ち、ローカル座標系がワールド座標系上に配置されており、 ワールド座標系がビュー座標系上に配置されている（と見なせる）状態です。
そのため、ビュー変換は、 通常のローカル変換やワールド変換と全く変わりません。 従って、カメラワークの制御も通常と変わらず、 ワールド座標系を moveCoordinate 関数で移動させたり、 rotCoordinate 関数で回転させたりする事で制御します。
カメラ移動方式のビュー変換
カメラ移動方式のカメラワークでは、 ワールド座標系の上にビュー座標系を配置し、 ビュー座標系を動かすような制御を行う必要があります。 従ってこの場合、ビュー変換において、座標系の配置階層の順序と、 座標変換処理の順序が逆転します。 そのため、ビュー変換は、ローカル変換やワールド変換とは少し異なる変換を行う必要が生じます。
しかし VCSSL Graphics3D では、このようなカメラ移動方式の ビュー変換を制御するための関数が標準で用意されています。 プログラマは、通常の moveCoordinate 関数や rotCoordinate 関数の代わりに、 moveView 関数や rotView 関数を使うだけで、 通常の座標系操作と全く同じ感覚で、視点の操作を行う事ができます。
ビュー座標系の移動
これから解説する、視点を制御するための関数群は、 1つめの引数が座標系のIDでは無く、 レンダラーのIDとなっています。 この点は混同しないように注意が必要です。
ワールド座標系の座標軸を基準とした、ビュー座標系の移動には、 moveView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- dx, dy, dz: それぞれ X, Y, Z 方向のカメラの移動距離を指定します。
ビュー座標系の歩行
「ビュー座標系の座標軸を基準とした、ビュー座標系の動き」、 つまりビュー座標系の歩行には、 walkView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- dx, dy, dz: それぞれ X, Y, Z 方向のカメラの移動距離を指定します。
ビュー座標系の回転
座標軸まわりの回転
ワールド座標系の座標軸を基準とした、 ビュー座標系の回転には、 rotViewX, rotViewY, rotViewZ 関数や、 rotView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
void rotViewY ( int rendererID, float angle )
void rotViewZ ( int rendererID, float angle )
これら3つの関数は、それぞれ X, Y, Z 軸まわりの回転を行います。
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
任意方向の軸まわりの回転
任意方向の回転軸まわりで回転させるには、 rotView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
int rendererID, float angle,
float vx, float vy, float vz
)
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
- vx, vy, vz: ワールド座標系から見た回転軸の方向ベクトルを指定します。
任意の端点を通る、任意方向の軸まわりの回転
回転軸の方向と原点位置を指定するには、 rotView 関数に引数を追加して使用します。
- 関数の形式 -
int rendererID, float angle,
float vx, float vy, float vz,
float px, float py, float pz
)
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
- vx, vy, vz: ワールド座標系から見た回転軸の、方向ベクトルを指定します。
- px, py, pz: ワールド座標系から見た回転軸の、端点の位置ベクトルを指定します。
ビュー座標系の自転
座標軸まわりの回転
「ビュー座標系の座標軸を基準とした、ビュー座標系の回りこみ」、 つまりビュー座標系の自転には、 spinViewX, spinViewY, spinViewZ 関数や spinView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
void spinViewY ( int rendererID, float angle )
void spinViewZ ( int rendererID, float angle )
これら3つの関数は、それぞれ X, Y, Z 軸まわりの自転を行います。
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
任意方向の軸まわりの回転
任意方向の回転軸まわりで自転させるには、 spinView 関数を使用します。
- 関数の形式 -
int rendererID, float angle,
float vx, float vy, float vz
)
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
- vx, vy, vz: 自身の座標軸基準で見た、回転軸の方向ベクトルを指定します。
任意の端点を通る、任意方向の軸まわりの回転
自転軸の方向と原点位置を指定するには、 spinView 関数に引数を追加して使用します。
- 関数の形式 -
int rendererID, float angle,
float vx, float vy, float vz,
float px, float py, float pz
)
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- angle: 軸まわりの回転角度（ラジアン単位）を指定します。 座標軸の向きに右ネジを進める回転方向を正とします。
- vx, vy, vz: 自身の座標軸基準で見た、回転軸の方向ベクトルを指定します。
- px, py, pz: 自身の座標軸基準で見た、回転軸の端点の位置ベクトルを指定します。
ビュー座標系の位置制御
ビュー座標系の位置制御（原点位置の指定）には、 setViewLocation 関数を使用します。
- 関数の形式 -
引数は以下の通りです：
- rendererID: レンダラーのIDを指定します。
- x, y, z: ワールド座標系基準で、それぞれビュー座標系原点の X, Y, Z 座標を指定します。
ビュー座標系の姿勢制御
ビュー座標系の姿勢制御（X-Z-Xオイラー角指定）には、 setViewAngle 関数を使用します。
- 関数の形式 -
int rendererID,
float alpha, float beta, float gamma
)
引数は以下の通りです。
- rerndererID: レンダラーのIDを指定します。
- alpha, beta, gamma: それぞれZ-X-Z系オイラー角の第一角α, 第二角β, 第三角γを指定します。
プログラム例
実際にビュー座標系を操作し、 3D舞台の中をゲームのように歩いてみましょう。 キー入力のイベントハンドラを作成し、 キーボードの上下左右キーによるビュー座標系の移動を実装します。 以下のように記述し、実行してみてくさい。
import graphics3d.Graphics3DFramework;
import Graphics3D;
// プログラムの最初に呼び出される関数
void onStart ( int rendererID ) {
// 画面サイズや背景色の設定（省略可能）
setWindowSize( 800, 600 );
setBackgroundColor( 0, 0, 0, 255 );
// 以下、カラフルなモデルで3D舞台を作成
int box1 = newBoxModel( 1.0, 3.0, 1.0 );
mountModel( box1, rendererID );
setModelColor( box1, 255, 0, 0, 255 );
int box2 = newBoxModel( 1.0, 3.0, 1.0 );
mountModel( box2, rendererID );
setModelColor( box2, 0, 255, 0, 255 );
moveModel( box2, 5.0, 0.0, 5.0 );
int box3 = newBoxModel( 1.0, 3.0, 1.0 );
mountModel( box3, rendererID );
setModelColor( box3, 0, 0, 255, 255 );
moveModel( box3, -5.0, 0.0, 5.0 );
int box4 = newBoxModel( 1.0, 3.0, 1.0 );
mountModel( box4, rendererID );
setModelColor( box4, 255, 255, 0, 255 );
moveModel( box4, 5.0, 0.0, -5.0 );
int box5 = newBoxModel( 1.0, 3.0, 1.0 );
mountModel( box5, rendererID );
setModelColor( box5, 0, 255, 255, 255 );
moveModel( box5, -5.0, 0.0, -5.0 );
}
// キーが入力された際に呼び出される （ GUIライブラリのイベントハンドラ ）
void onKeyDown( int id, int keyCode ){
// レンダラーのIDを取得
int rendererID = getRenderer();
// 上下キーでカメラの前進後退
if( keyCode == KEY_UP ){
walkView( rendererID, 0.0, 0.0, -0.3 );
}
if( keyCode == KEY_DOWN ){
walkView ( rendererID, 0.0, 0.0, 0.3 );
}
// 左右キーでカメラの方向転換
if( keyCode == KEY_RIGHT ){
spinViewY ( rendererID, -0.05 );
}
if( keyCode == KEY_LEFT ){
spinViewY ( rendererID, 0.05 );
}
}
このプログラムを実行すると、黒い背景にカラフルな建物が表示されます。 キーボードの上下左右キー入力により、建物の間を歩いて移動する事ができます。
