19/src/Camera.cpp

#include "Camera.h"

// Указатель на текущую используемую камеру
Camera* Camera::p_current = NULL; 

// Границы каскадов
const float camera_cascade_distances[] = {CAMERA_NEAR, CAMERA_FAR / 50.0f, CAMERA_FAR / 10.0f,  CAMERA_FAR / 3.0f, CAMERA_FAR};

// Защищенный (protected) конструктор камеры без перспективы 
Camera::Camera(const glm::vec3 &pos, const glm::vec3 &initialRotation) : Node(NULL) // Пусть по умолчанию камера не относится к сцене
{
    sensitivity = CAMERA_DEFAULT_SENSIVITY;
    position = pos; // задаем позицию
    // Определяем начальный поворот
    glm::quat rotationAroundX = glm::angleAxis( glm::radians(initialRotation.x), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
    glm::quat rotationAroundY = glm::angleAxis(-glm::radians(initialRotation.y), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
    glm::quat rotationAroundZ = glm::angleAxis( glm::radians(initialRotation.z), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
    rotation = rotationAroundX * rotationAroundY * rotationAroundZ;
    // Признак изменения
    changed = true;
}

// Конструктор камеры с проекцией перспективы
Camera::Camera(float aspect, const glm::vec3 &position, const glm::vec3 &initialRotation, float fovy)
: Camera(position, initialRotation)
{
    setPerspective(fovy, aspect);
}

// Конструктор ортографической камеры
Camera::Camera(float width, float height, const glm::vec3 &position, const glm::vec3 &initialRotation)
: Camera(position, initialRotation)
{
    setOrtho(width, height);
}

// Конструктор копирования камеры
Camera::Camera(const Camera& copy) 
: Node(copy), projection(copy.projection), requiredRecalcVP(copy.requiredRecalcVP), sensitivity(copy.sensitivity),
requiredRecalcCoords(true)
{
    // Если у оригинала не было изменений - перепишем матрицу вида-проекции
    if (!requiredRecalcVP)
        vp = copy.vp;
}

// Оператор присваивания
Camera& Camera::operator=(const Camera& other)
{
    Node::operator=(other); // Вызов родительского оператора= для переноса узла
    
    projection = other.projection;
    requiredRecalcVP = other.requiredRecalcVP;
    sensitivity = other.sensitivity;

    // Если у оригинала не было изменений - перепишем матрицу вида-проекции
    if (!requiredRecalcVP)
        vp = other.vp;

    return *this;
}

// Деструктор
Camera::~Camera() 
{ 
    if (p_current == this)
        p_current = NULL;
}

// Возвращает ссылку на константную матрицу проекции
const glm::mat4& Camera::getProjection()
{
    return projection;
}

// Возвращает ссылку на константную матрицу вида
const glm::mat4& Camera::getView()
{
    recalcMatrices();

    return view;
}

// Возвращает ссылку на константную матрицу вида
const glm::mat4& Camera::getVP()
{
    recalcMatrices();

    return vp;
}

// Устанавливает заданную матрицу перспективы
void Camera::setPerspective(float fovy, float aspect)
{
    projection = glm::perspective(glm::radians(fovy), aspect, CAMERA_NEAR, CAMERA_FAR);
    requiredRecalcVP = true;
    for (int cascade = 0; cascade < CAMERA_CASCADE_COUNT; cascade++)
        cascade_proj[cascade] = glm::perspective(glm::radians(fovy), aspect, camera_cascade_distances[cascade], camera_cascade_distances[cascade+1]);
}

// Устанавливает заданную ортографическую матрицу
void Camera::setOrtho(float width, float height)
{
    const float aspect = width / height;
    projection = glm::ortho(-1.0f, 1.0f, -1.0f/aspect, 1.0f/aspect, CAMERA_NEAR, CAMERA_FAR);
    requiredRecalcVP = true;
    for (int cascade = 0; cascade < CAMERA_CASCADE_COUNT; cascade++)
        cascade_proj[cascade] = glm::ortho(-1.0f, 1.0f, -1.0f/aspect, 1.0f/aspect, camera_cascade_distances[cascade], camera_cascade_distances[cascade+1]);

}

// Изменяет чувствительность мыши
void Camera::setSensitivity(float sens)
{
    sensitivity = sens;
}

// Возвращает чувствительность мыши
const float& Camera::getSensitivity() const
{
    return sensitivity; 
}

// Метод пересчета матрицы вида и произведения Вида*Проекции по необходимости, должен сбрасывать флаг changed
void Camera::recalcMatrices()
{
    if (changed || parent_changed)
    {
        glm::vec3 _position = position;
        glm::quat _rotation = rotation;
        if (parent) // Если есть родитель
        {
            glm::mat4 normalized_transform = parent->getTransformMatrix();
            for (int i = 0; i < 3; i++) 
            {
                glm::vec3 axis = glm::vec3(normalized_transform[i]);
                normalized_transform[i] = glm::vec4(glm::normalize(axis), normalized_transform[i].w);
            }
            glm::vec4 tmp = normalized_transform * glm::vec4(_position, 1.0f);
            tmp /= tmp.w;
            _position = glm::vec3(tmp);
            _rotation = glm::quat_cast(normalized_transform) * _rotation;
        }
        glm::mat4 rotationMatrix = glm::mat4_cast(glm::conjugate(_rotation));
        glm::mat4 translationMatrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), -_position);
        view = rotationMatrix * translationMatrix;
        requiredRecalcVP = true;
    }
  
    Node::recalcMatrices();

    if (requiredRecalcVP)
    {
        vp = projection * view;
        requiredRecalcCoords = true; // Требуется пересчитать точки пространства камеры
        requiredRecalcVP = false; // Изменения применены
    }
}

// Поворачивает камеру на dx и dy пикселей с учетом чувствительности
void Camera::rotate(const glm::vec2 &xyOffset)
{
    // xyOffset - сдвиги координат мыши, xyOffset.x означает поворот вокруг оси Y, а xyOffset.y - поворот вокруг оси X
    
    // Вращение вокруг оси Y
    glm::quat qY = glm::angleAxis(-xyOffset.x * sensitivity, glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
    
    // Вращение вокруг оси X
    glm::quat qX = glm::angleAxis(xyOffset.y * sensitivity, glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));

    // Сначала применяем вращение вокруг Y, затем вокруг X
    rotation = qY * rotation * qX;

    changed = true;
    invalidateParent(); // Проход потомков в глубину с изменением флага parent_changed
}

// Использование этой камеры как текущей
void Camera::use()
{
    p_current = this;
}

// Ссылка на текущую используемую камеру
Camera& Camera::current()
{
    static Camera default_cam(800.0f/600.0f);

    if (!p_current)
        return default_cam;
    else
        return *p_current;
}

// Данные о камере для шейдера
CameraData& Camera::getData()
{
    static CameraData data;
    data = {getProjection(), getView(), position};
    return data;
}

// Доступ к координатам с флагом изменения, описывающим пространство вида с пересчетом, если это требуется
std::pair<bool, const glm::vec4(*)[8]> Camera::getProjCoords() 
{
    const glm::mat4& cam_vp = getVP(); // Получение ссылки на матрицу вида-проекции с пересчетом, если требуется и активацией флага requiredRecalcCoords
    bool changes = false; // Возвращаемое значение

    if (requiredRecalcCoords)
    { 
        // Инверсия матрицы вида/проекции камеры
        glm::mat4 inv = glm::inverse(cam_vp);
        // Типовые точки, описывающие пространство 
        glm::vec4 typical_points[8] = {  { 1, 1, 1,1}
                                       , { 1, 1,-1,1}
                                       , { 1,-1, 1,1}
                                       , { 1,-1,-1,1}
                                       , {-1, 1, 1,1}
                                       , {-1, 1,-1,1}
                                       , {-1,-1, 1,1}
                                       , {-1,-1,-1,1}};
        
        for (int cascade = 0; cascade < CAMERA_CASCADE_COUNT; cascade++)
        {
            glm::mat4 inv = glm::inverse(cascade_proj[cascade] * getView());
            // Цикл по типовым точкам
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                coords[cascade][i] = inv * typical_points[i];
                coords[cascade][i] /= coords[cascade][i].w;
            } 
        }

        requiredRecalcCoords = false; // Сбрасываем флаг
        changes = true;
    }

    return std::make_pair(changes, coords); 
}