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[그래픽스/HW5] 3D Viewing - 뷰잉좌표 계산 및 카메라의 이동, 회전, 줌인 줌아웃.

2012. 12. 17. 00:40

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그래픽스 수업 5번째 과제인 3D Viewing입니다.

다음과 같은 것을 구현했습니다.
[1] 3D objects들이 정지하고 있는 상태에서

1. 카메라가 제자리에서 회전

2. 카메라가 VPN을 고정시킨 채로 옆으로 이동

3. 정지한 카메라의 줌인, 줌아웃

4. 카메라가 특정한 물체를 중심으로 회전하면서 그 물체를 바라보며 카메라가 회전 이동하는 경우

[2] 카메라와 물체가 동시에 이동하는 경우

*주요소스코드

외적의 대수적 계산(Algebraic operation of cross product)

3D좌표상에서의 Vector 클래스 정의

class CVector3D
{
public:
    float x,y,z;
    CVector3D()
    {
        x=y=z=0;
    }
    CVector3D(float _x, float _y, float _z)
    {
        x=_x,y=_y,z=_z;
    }

    float size()
    {
        return (sqrtf(x*x+y*y+z*z));
    }

    //현재 좌표들을 사이즈로 나눈다. (유닛백터화 시킴)
    void unitVectorize(void)
    {
        float fSize = this->size();
        x/=fSize;
        y/=fSize;
        z/=fSize;

    }
};

뷰잉좌표 계산

1. 뷰잉좌표의 Z축은 카메라의 EyeX,Y,Z 에서 CenterX,Y,Z의 차를 계산하면 나옵니다.(카메라위치에서 카메라가 보는 점 빼기)
2. View-Up Vector는 단순히 월드좌표상의 Y축(0,1,0)에 해당하겠구요...
3. VUP과 Z를 외적하면 X축을 구할 수 있고
4. 다시 z축과 X축을 외적하면 Y축을 구할 수 있습니다.
* 단위벡터는 그냥 연산시에 크기를 나눠주면 됩니다.

        CVector3D Z((g_Camera.eyeX - g_Camera.centerX),(g_Camera.eyeY - g_Camera.centerY),(g_Camera.eyeZ - g_Camera.centerZ));
        CVector3D VUP(0,Z.size(),0);
        CVector3D X = crossProduct(VUP,Z);
        CVector3D Y = crossProduct(X,Z);
    //    X.unitVectorize();
    //    Y.unitVectorize();
    //    Z.unitVectorize(); //유닛벡터화시킨다.

*구현된 결과의 비디오 캡쳐 (음성 설명 포함)

Discussion

이번 과제에서 제일 고심했던 부분이 "카메라 제자리 회전" 및 "물체를 중심으로 회전"하는 부분을 구현하는 것 이었습니다.
단순히 월드좌표계기준에서 X,Y,Z 축 회전을 하는 것인지 카메라의 뷰잉좌표의 기준으로 X,Y,Z축인지 명시되어있지 않았기 때문입니다. 월드좌표기준에서 "물체를 바라보며 이동회전"을 하는것이면 그림1(Z축기준 회전의 궤적그림은 생략했습니다) 과 같이 카메라가 궤적을 그리게 되지만 카메라의 뷰잉좌표에서 이동회전을 하게되면 그림2(Y축기준 회전의 궤적만 명시했습니다)와 되기 때문입니다.

뷰잉좌표기준으로 회전을 하려면 다시 glLookat함수의 내부구현, 즉, Cross Product등의 연산을 통해 뷰잉좌표를 알아내야 했으며, 회전시에도 훨씬 더 복잡한 연산이 들어가게 됩니다. 연산 오차 때문인지 그림2와 같이 구현을 하게 되면 퍼포먼스가 떨어졌습니다.(Center<바라보는점>의 좌표가 계속 바뀌더군요 비디오캡쳐 마지막부분에 "스페셜포스"처럼 움직이는 장면설명에서 자세히 보면 바라보는점이 조금씩 움직이는 걸 관찰할 수 있습니다.) 그래서 마우스모션 설정은 그림2와 같이, 키보드 설정은 그림1. 과 같이 구현하였습니다. 이는 3D상에서의 회전이지만 2D 세부분으로 분할하여 간단한 2D회전 변환 공식을 통해 구현할 수있었습니다.

그 외에 3D를 구현하는 것이다 보니, 제가 동영상을 만들어 놓고도 어떻게 작동되는 것인지 너무 혼돈스러워서 x,y,z좌표를 그었고 더불어 xy,yz,xz평면에도 버티컬 처럼 실선을 드문드문 그었습니다(빽빽히 채우면 CPU점유율이 너무 높아져서 퍼포먼스가 떨어지기 때문에 이렇게 했습니다.)

재미삼아 "카운터스트라이크"나 "스페셜포스"와 같은 FPS 3D게임에서의 조작을 비디오캡쳐 마지막 부분에서 Demonstration하였습니다.

이번 과제를 통해 수업시간에 이론으로 배웠던 부분을 좀 더 명확하게 이해할 수 있었고 3D게임제작을 하고 싶은 마음이 들 정도로 흥미로운 과제였습니다. ^^

그림1. 월드좌표 기준

그림2. 카메라의 뷰잉좌표 기준

* 소스는 하기 링크에 있습니다.

http://goo.gl/VH3UU

저작자표시

[컴퓨터그래픽스/OPENGL] 3D 크기, 회전, 이동변환 구현 [3D Transformation of TRS]

2008. 11. 7. 02:00

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****소스 원하시는분은 댓글에 남겨주시길.

동영상 설명

프로그램을 시작하면, 두 개의 큐브가 겹쳐있습니다.

한 개의 중심큐브를 기준으로 3D T,R,S변환을 합니다.

키는 위의 설명과 같습니다.

카메라가 (300, 600, 600)에서 원점을 바라보게 하였으며,

카메라의 이동 및 회전은 다음숙제를 위해 구현하지 않았습니다.

3D변환을 쉽게 알아보기 위해 x,y,z축의 선을 그었습니다.

의현재의 상태를 정량적으로 나타내기 위해 현재 변환의
액션 및 좌표를 키를 누를때 마다 콘솔창에 따로 출력하였습니다.(그림1과 같음)

키 설명

디스커션

3D변환을 위한 Composite Matrix는 실습자료를 참고하였고, 다양한 퍼포먼스를 내기 위해 중심큐브도 이동 가능 하도록 하였습니다. DisplayFunc 함수에 그리는 순서를 유저가 자연 상태에서 보듯이 하기위해 중심큐브와 무빙큐브의 중심좌표를 비교 하려고 했으나, 무빙큐브의 크기까지 고려해야 하며 이번과제의 이슈가 아니기 때문에 차후 고민거리로 남겨두었습니다. 소수점에 의해 좌표들의 값이 미소량 변하기 때문에 3D변환 수행을 아주 많이 하게 되면(혹은 회전후에 크기변화을 할 경우), 강체가 틀어지는 현상이 발생합니다. 이번 과제를 통해 다소 직관적이지 않은 3D 변환의 계산 및 원리를 숙달할 수 있었으며, 시간이 허락하면 OPENGL자체 3D변환 함수들과 효율성을 비교해볼 계획입니다. 감사합니다.

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