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我正在寻找一种算法来适应视口内的边界框(在我的例子中是 DirectX 场景)。我知道在正交相机中使边界球居中的算法,但对于边界框和透视相机需要相同的算法。我不能只更改 FOV,因为此应用程序将 FOV 作为用户可编辑变量,因此它必须移动相机。

我有大部分数据:

  • 我有相机的向上矢量
  • 我有边界框的中心点
  • 我有从相机点到盒子中心的观察向量(方向和距离)
  • 我已经将这些点投影在垂直于相机的平面上,并检索了描述最大/最小 X 和 Y 坐标在观察平面内或外的系数。

我遇到的问题:

如何找到相机位置,使其尽可能完美地填充视口(如果纵横比远非 1.0,则它只需要填充屏幕轴之一)?

我尝试了其他一些事情:

  • 使用边界球体和切线来找到移动相机的比例因子。这不能很好地工作,因为它没有考虑透视投影,其次球体对我的使用来说是不好的边界体,因为我有很多扁平和长的几何形状。
  • 迭代调用该函数以获得相机位置的越来越小的误差。这有点奏效,但有时我会遇到奇怪的边缘情况,即相机位置过冲过多并且误差因素增加。此外,在执行此操作时,我没有根据边界矩形的位置重新定位模型。我找不到可靠、可靠的方法来做到这一点。

请帮忙!

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7 回答 7

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有许多可能的相机位置+方向,其中边界框适合视锥体。但是任何程序都会选择一个特定的相机位置和方向。

如果您考虑边界球体,一种解决方案可能是

  • 首先改变方向以查看边界球体中心
  • 然后充分向后移动(负视方向)以使边界球体适合平截头体

使用边界框,您可以考虑先将相机放置在垂直于最大(或最小,无论您喜欢)立方体面的中心的位置。

我没有使用 DirectX 的经验,但是移动和更改相机的观察方向以使某个点居中应该很容易。困难的部分是计算确定要移动多远才能查看对象。

数学

如果您s从相机的方向知道世界坐标中对象的边界大小(我们对像素或相机坐标不感兴趣,因为它们取决于您的距离),您可以计算d相机到边界所需的距离如果您知道a透视投影的 x 和 y 视场角,则形状。

     frustum      ------            
            ------    *****          -  
       -----          *   *          |
   -===     ) FOV a   *bounding box  | BB size s
camera -----          *   *          |
            ------    *****          -
                  ------
  
  |-------------------|
        distance d

所以,数学tan(a/2) = (s/2) / d=>d = (s/2) / tan(a/2) 这将为您提供相机应放置在最近边界表面的距离。

于 2010-05-19T14:34:11.073 回答
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我知道上面有一些很好的答案,但我想添加一个非常简单的解决方案来适应相机平截头体内的边界球。它假设您希望保持相机目标和前向矢量相同,并简单地调整相机与目标的距离。

请注意,这不会给你最好的拟合,但它会给你一个近似的拟合,显示所有几何图形,并且只在几行代码中,并且没有屏幕到世界的转换

在此处输入图像描述

// Compute camera radius to fit bounding sphere
// Implementation in C#
// 

// Given a bounding box around your scene
BoundingBox bounds = new BoundingBox();

// Compute the centre point of the bounding box
// NOTE: The implementation for this is to take the mid-way point between 
// two opposing corners of the bounding box
Vector3 center = bounds.Center;

// Find the corner of the bounding box which is maximum distance from the 
// centre of the bounding box. Vector3.Distance computes the distance between 
// two vectors. Select is just nice syntactic sugar to loop 
// over Corners and find the max distance.
double boundSphereRadius = bounds.Corners.Select(x => Vector3.Distance(x, bounds.Center)).Max();

// Given the camera Field of View in radians
double fov = Math3D.DegToRad(FieldOfView);

// Compute the distance the camera should be to fit the entire bounding sphere
double camDistance = (boundSphereRadius * 2.0) / Math.Tan(fov / 2.0);

// Now, set camera.Target to bounds.Center
// set camera.Radius to camDistance
// Keep current forward vector the same

C# 中 BoundingBox 的实现如下所示。重点是 Center 和 Corners 属性。Vector3 是一个非常标准的 3 分量 (X,Y,Z) 向量实现

public struct BoundingBox
{        
    public Vector3 Vec0;
    public Vector3 Vec1;

    public BoundingBox(Vector3 vec0, Vector3 vec1)
    {
        Vec0 = vec0;
        Vec1 = vec1;
    }

    public Vector3 Center
    {
        get { return (Vec0 + Vec1)*0.5; }
    }

    public IList<Vector3> Corners
    {
        get
        {
            Vector3[] corners = new[]
            {
                new Vector3( Vec0.X, Vec0.Y, Vec0.Z ), 
                new Vector3( Vec1.X, Vec0.Y, Vec0.Z ), 
                new Vector3( Vec0.X, Vec1.Y, Vec0.Z ), 
                new Vector3( Vec0.X, Vec0.Y, Vec1.Z ), 
                new Vector3( Vec1.X, Vec1.Y, Vec0.Z ), 
                new Vector3( Vec1.X, Vec0.Y, Vec1.Z ), 
                new Vector3( Vec0.X, Vec1.Y, Vec1.Z ), 
                new Vector3( Vec1.X, Vec1.Y, Vec1.Z ), 
            };

            return corners;
        }
    } 
}
于 2015-09-29T05:54:20.127 回答
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既然你有一个边界框,你应该有一个描述它的方向的基础。似乎您想将相机放置在与描述盒子最小尺寸的基向量一致的线上,然后滚动相机以使最大尺寸是水平的(假设您有 OBB 而不是 AABB)。这假设纵横比大于 1.0;如果不是,您将要使用垂直尺寸。

我会尝试什么:

  1. 找到最小的盒子尺寸。
  2. 找到相关的基向量。
  3. 将基向量按距相机应到的框中心的距离进行缩放。这个距离刚刚好boxWidth / (2 * tan(horizontalFov / 2))。请注意,这boxWidth是框的最大尺寸的宽度。
  4. 将相机放在boxCenter + scaledBasis看着boxCenter.
  5. 如有必要,滚动相机以将相机的向上矢量与适当的框基矢量对齐。

编辑:

所以我认为你的意思是你有一个任意位置的相机在看某个地方,而你在另一个位置有一个 AABB。在不将相机移动到盒子的一侧的情况下,您想要:

  • 看盒子的中心
  • 沿着它的外观矢量平移相机,使框占据最大的屏幕空间

如果是这种情况,您将需要做更多的工作;这是我的建议:

  1. 旋转相机以查看边界框的中心。
  2. 将框的所有点投影到屏幕空间中,并在屏幕空间中找到最小/最大边界框(您已经有了这个)。
  3. 现在Unproject屏幕空间边界框的两个相对角进入世界空间。对于 Z 值,请使用您的 AABB 离相机最近的世界空间点。
  4. 这应该让您获得一个面向位于 AABB 上最靠近相机的点的相机的世界空间平面。
  5. 现在使用我们现有的侧向方法将相机移动到适当的位置,将此平面视为盒子的一侧。
于 2010-05-19T14:45:14.400 回答
1

这是直接从我的引擎复制而来的,它创建了 6 个平面,分别代表 frutsum 的六个侧面。我希望它有用。

internal class BoundingFrustum
    {
        private readonly float4x4 matrix = new float4x4(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
        private readonly Plane[] planes;

        internal BoundingFrustum(float4x4 value)
        {
            planes = new Plane[6];
            for (int i = 0; i < 6; i++)
                planes[i] = new Plane();
            Setfloat4x4(value);
        }

        private void Setfloat4x4(float4x4 value)
        {
            planes[2].Normal.X = -value.M14 - value.M11;
            planes[2].Normal.Y = -value.M24 - value.M21;
            planes[2].Normal.Z = -value.M34 - value.M31;
            planes[2].D = -value.M44 - value.M41;
            planes[3].Normal.X = -value.M14 + value.M11;
            planes[3].Normal.Y = -value.M24 + value.M21;
            planes[3].Normal.Z = -value.M34 + value.M31;
            planes[3].D = -value.M44 + value.M41;
            planes[4].Normal.X = -value.M14 + value.M12;
            planes[4].Normal.Y = -value.M24 + value.M22;
            planes[4].Normal.Z = -value.M34 + value.M32;
            planes[4].D = -value.M44 + value.M42;
            planes[5].Normal.X = -value.M14 - value.M12;
            planes[5].Normal.Y = -value.M24 - value.M22;
            planes[5].Normal.Z = -value.M34 - value.M32;
            planes[5].D = -value.M44 - value.M42;
            planes[0].Normal.X = -value.M13;
            planes[0].Normal.Y = -value.M23;
            planes[0].Normal.Z = -value.M33;
            planes[0].D = -value.M43;
            planes[1].Normal.X = -value.M14 + value.M13;
            planes[1].Normal.Y = -value.M24 + value.M23;
            planes[1].Normal.Z = -value.M34 + value.M33;
            planes[1].D = -value.M44 + value.M43;
            for (int i = 0; i < 6; i++)
            {
                float num2 = planes[i].Normal.Length();
                planes[i].Normal = planes[i].Normal / num2;
                planes[i].D /= num2;
            }
        }

        internal Plane Bottom
        {
            get { return planes[5]; }
        }
        internal Plane Far
        {
            get { return planes[1]; }
        }
        internal Plane Left
        {
            get { return planes[2]; }
        }
        internal Plane Near
        {
            get { return planes[0]; }
        }
        internal Plane Right
        {
            get { return planes[3]; }
        }
        internal Plane Top
        {
            get { return planes[4]; }
        }
    }
于 2010-10-10T19:31:20.477 回答
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我现在手头没有,但你想要的书是http://www.amazon.com/Jim-Blinns-Corner-Graphics-Pipeline/dp/1558603875/ref=ntt_at_ep_dpi_1

他有一整章讲这个

于 2010-08-03T23:36:30.960 回答
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如果其他人对更精确的解决方案感兴趣,我为 3ds Max 相机做了这个。在相机视图上适合任意数量的对象。您可以看到 Maxscript 代码,因为伪代码易于阅读,并且有一些有用的注释。

https://github.com/piXelicidio/pxMaxScript/tree/master/CameraZoomExtents

我所做的简化是在相机空间上工作。获取对象顶点或边界框顶点并在两个 2D 平面上投影。

第一个就像从顶视图看到你的相机(水平 FOV)第二个是从侧视图(垂直 FOV)

将所有顶点投影到第一个平面(顶视图) 现在从相机位置取两条线,代表相机 FOV,一条用于左侧,另一条用于右侧。我们只需要这条线的方向。

在此处输入图像描述

现在我们需要找到一个点(顶点),而不是在它上面画一条右线,所有其他点都会落在左侧。(找到图中的红点)

然后找到另一个点,如果左线越过它,所有其他点都落在该线的右侧。(蓝点)

有了这些到点,我们截取通过这两个点的两条线(我们仍然是二维的)。

生成的截距是仅考虑水平 FOV 的适合场景的相机最佳位置。

接下来对垂直 FOV 执行相同的操作。

这两个位置将为您提供所需的一切,以决定是否需要从侧面贴合或形成顶部和底部。

让相机从场景中移开更多平移的一个是获得“完美契合”的那个,另一个将有更多的空余空间,然后您需要找到中心……这也在脚本上计算上面的链接!

抱歉,不能继续解释现在需要睡觉;)如果有人感兴趣,请询问,我会尝试扩展答案。

于 2021-02-09T04:59:53.003 回答
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检查此链接 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb197900.aspx

浮动距离 = sphere.radius / sin(fov / 2);

float3 eyePoint = sphere.centerPoint - 距离 * camera.frontVector;

于 2016-06-23T17:13:36.797 回答