VR 全景模式OpenGL原理

VR 全景模式原理

VR 全景模式原理将画面渲染到球面上，相当于从球心去观察内部球面，观察到的画面 360 度无死角，与普通播平面渲染的本质区别在渲染图像部分，画面渲染到一个矩形平面上，而全景需要将画面渲染到球面，利用 OpenGL 构建一个球体。OpenGL ES 中所有 3D 物体均是由三角形构成的，构建一个球体只需要利用球坐标系中的经度角、维度角以及半径计算出球面点的三维坐标，最后这些坐标点构成一个个小矩形，每个矩形就可以分成 2 个三角形。

纬度和经度的含义：

1、首先，纬度是地球表面上某一点与赤道之间的角度，取值范围为-90度到+90度。经度是地球表面上某一点与本初子午线之间的角度，取值范围为-180度到+180度。

2、将纬度和经度转换为弧度表示。OpenGL中的数学函数通常使用弧度作为单位，因此需要将纬度和经度从角度转换为弧度。可以使用以下公式进行转换：

弧度 = 角度 * π / 180

3、根据转换后的纬度和经度计算右手世界坐标。右手世界坐标系是OpenGL中常用的坐标系，其中x轴指向右侧，y轴指向上方，z轴指向观察者的反方向。

首先，根据纬度和经度计算球面上的点的坐标。可以使用以下公式：

x = cos(纬度) cos(经度)
y = sin(纬度)
z = cos(纬度) sin(经度)

x=rcosθsinsβ
y=rsinθ
y=rcosθ*cosβ

球体网格实现

cpp 复制代码

// 这个函数 `createSphere` 用于根据指定的参数在3D空间中生成一个球体网格。

void VR_FullViewSphere3D::createSphere(float radius, int rings, int sectors, void *tag)
{
    // 定义必要的变量和常数
    float PI            = M3D_PI;
    float nowradius     = radius;
    int longtitude      = rings;
    int latitude        = sectors;
    float longtiRatio   = 1.0f;
    float latiRatio     = 2.0f;

    // 计算所需的顶点、纹理坐标和索引的总数
    int numPoints      = longtitude * (latitude + 1) * 3;
    int numTexcoords   = longtitude * (latitude + 1) * 2;
    int numIndices     = (longtitude - 1) * latitude * 6;

    // 为顶点数据、纹理坐标和索引分配内存
    m_vertexs1   = (float *)malloc(sizeof(float) * numPoints);
    m_texcoords1 = (float *)malloc(sizeof(float) * numTexcoords);
    m_indices1   = (short *)malloc(sizeof(short) * numIndices);

    int t = 0, v = 0, counter = 0;
    float theta = 0.0f, phi = 0.0f;

    // 生成顶点和纹理坐标
    for (int i = 0; i < longtitude; i++) {
        phi = (PI / 2 - i / (longtitude - 1 + 0.0) * PI) * longtiRatio;

        for (int j = 0; j < latitude + 1; j++) {
            theta = (j / (latitude + 0.0) * PI - PI / 2) * latiRatio;
            float r = -nowradius * (float)cosf(phi);

            float x = r * (float)sinf(theta);
            float y = nowradius * (float)sinf(phi);
            float z = r * (float)cosf(theta);

            // 分配顶点坐标
            m_vertexs1[v++] = x;  // X轴
            m_vertexs1[v++] = y;  // Y轴
            m_vertexs1[v++] = z;  // Z轴

            // 分配纹理坐标
            m_texcoords1[t++] = 1.0f - (float)((j + 0.0) / (latitude + 0.0)); // X轴
            m_texcoords1[t++] = (float)((i + 0.0) / (longtitude - 1.0));       // Y轴
        }
    }

    // 生成三角形的索引
    for (int i = 0; i < longtitude - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < latitude; j++) {
            // 第一个三角形
            m_indices1[counter++] = (short)(i * (latitude + 1) + j);    // 上顶点
            m_indices1[counter++] = (short)(i * (latitude + 1) + j + 1); // 右上顶点
            m_indices1[counter++] = (short)((i + 1) * (latitude + 1) + j); // 下顶点

            // 第二个三角形
            m_indices1[counter++] = (short)((i + 1) * (latitude + 1) + j);
            m_indices1[counter++] = (short)(i * (latitude + 1) + j + 1);
            m_indices1[counter++] = (short)((i + 1) * (latitude + 1) + j + 1); // 右下顶点
        }
    }

    m_NumIndices = numIndices; // 存储生成的索引总数
}

这个方法根据给定的半径、环数和扇区数，在3D空间中创建一个球体网格。它计算用于渲染球体的顶点、纹理坐标和索引。

在计算球体的纬度角度(phi) 落在 [-π/2, π/2] 的范围时，也就是-90度到+90度，采用了如下的计算方式：

cpp 复制代码

phi = (PI / 2 - i / (longtitude - 1 + 0.0) * PI) * longtiRatio;

这里的目的是为了在球体上均匀生成经线（经度）并控制其分布。详细解释如下：

(longtitude - 1 + 0.0)：这里将(longtitude - 1)是类似计算机语言数组下标0开始，目的是为了避免整数相除后得到的结果被截断成整数。
i / (longtitude - 1 + 0.0)：这一部分将当前经线编号i映射到一个范围在[0, 1]之间的值。当i=0时，表示顶端纬度，i=longtitude-1时表示底端纬度。
(PI / 2 - i / (longtitude - 1 + 0.0) * PI)：根据上述得到的比例值，乘以π并减去π/2，可以将范围从[0, 1]映射到[π/2, -π/2]之间，即从顶端到底端的纬度范围。
longtiRatio：这个参数用于调节经度方向上的角度变化，影响经线所在的位置。

综上所述，这种计算方式能够确保在球体表面上沿着经线均匀生成点，并且通过调节longtiRatio参数，可以控制经线的分布密度或者改变球面形状。

在计算球体的经度角度(theta)落在 [-π, π] 的范围时，也就是-180度到+180度，采用了如下的计算方式：

cpp 复制代码

theta = (j / (latitude + 0.0) * PI - PI / 2) * latiRatio;

这里的目的是为了在球体上均匀生成纬线（纬度）并控制其分布。详细解释如下：

(latitude + 0.0)：将latitude转换为浮点数，以避免整数相除后结果被截断成整数。
j / (latitude + 0.0)：将当前纬线编号j映射到一个范围在[0, 1]之间的值。当j=0时，表示经线从左侧开始，j=latitude时表示经线到达右侧。
(j / (latitude + 0.0) * PI - PI / 2)：将上述比例乘以π并减去π/2，将范围从[0, 1]映射到[-π/2, π/2]之间，即从左侧到右侧的经线范围。
latiRatio：此参数用于调节纬度方向上的角度变化，影响纬线所在的位置，latiRatio=2实现-180度到+180度。