理论基础
骨骼蒙皮动画其实现类似人体模型，由节点(关节)树构成，节点间通过骨骼连接，每块骨骼至多一个父节点，父节点带动子骨骼运动。具体是关节带动其对应子骨骼运动从而牵动绑定到其上的皮肤变化。骨骼是刚体不会变形，只能绕父节点旋转(构造前面章节有提–3D世界实现中的机器人手臂例子，早期的骨骼动画就是这样，不过在关节处会有明显裂缝，所以才引出现在的蒙皮概念)。而绑定到其上的皮肤顶点则是实时变换拉伸的，变换大体就是通过一些矩阵的操作来最终计算出新顶点坐标等信息，再根据这些新顶点信息进行渲染，即通过更新顶点，渲染这样不断循环形成动画。
实现步骤总结：
一，根据更新前后两个关键帧的时间值插值计算出该时刻骨骼相对于其父骨骼的新变换矩阵–骨骼顶点信息。(本实例由于是手动控制动作，直接由变化的x,y计算)
二，再计算皮肤顶点信息，首先找到影响其顶点的所有骨骼，然后计算每一骨骼对该顶点的影响，即计算出在每个独立骨骼作用下顶点的新位置。公式如下：
最后将所有这些新位置按照每一骨骼的影响权重加权求和，得到皮肤顶点信息。
三，根据这些顶点信息进行绘制。说明：
1，我们通常会把每个关节赋予一个索引值标志，无论是储存空间上还是查找时间上，都比直接使用关节名高效得多。因为每个关节有且仅有一个父关节，只要在每个关节储存其父关节的索引，即能表示整个骨骼结构。由于根关节无父，所以其索引通常会设为无效的索引，如-1。2，对于一些要求比较精细的动作不适合用骨骼动画，因为这种动作需要的关节数接近网格顶点数了，那这样还不如直接控制网格顶点，如面部表情渲染。
3，骨骼蒙皮动画核心就是怎么更新顶点数据，其实就是矩阵操作，关于这部分知识推荐一本好书《3D数学基础：图形与游戏开发》
实例源码
- 实现
#include "GLTools.h"
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif
#include "Bone.h"
#include "Matrix.h"
#include "Vector.h"
#define MAX_BONES 2 /**骨骼数*/
#define MAX_MESHES 3 /**网格数，即基本图元数(纹理贴图后的皮肤)*/
#define MAX_MESH_POINTS 4 /**一个网格顶点数，即四边形*/
CVector4 trans; /**< 用于平移骨骼模型 */
CBone bones[MAX_BONES]; /**< 保存骨骼结构 */
CMatrix4x4 displayBones[MAX_BONES]; /**< 用于绘制骨骼 */
CBoneVertex modelPoints[MAX_MESHES * MAX_MESH_POINTS]; /**< 模型顶点数据，即皮肤顶点 */
void init(void)
{
glClearColor(0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f);
glShadeModel(GL_SMOOTH);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);
/** 构造骨骼 */
bones[0].SetBone(-1, 4.5f);/**根关节(骨骼索引与长度)*/
bones[1].SetBone(0, 4.5f);/**子关节*/
/** 绑定到骨骼上的皮肤顶点数据 */
modelPoints[0].SetVertex(CVector4(-1.0f, 0.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 0, 0, 0, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1);
modelPoints[1].SetVertex(CVector4(1.0f, 0.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 0, 0, 0, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1);
modelPoints[2].SetVertex(CVector4(1.0f, 3.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.50f, 0.50f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[3].SetVertex(CVector4(-1.0f, 3.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.50f, 0.50f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[4].SetVertex(CVector4(-1.0f, 3.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.50f, 0.50f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[5].SetVertex(CVector4(1.0f, 3.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.50f, 0.50f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[6].SetVertex(CVector4(1.0f, 6.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.35f, 0.65f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[7].SetVertex(CVector4(-1.0f, 6.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.35f, 0.65f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[8].SetVertex(CVector4(-1.0f, 6.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.35f, 0.65f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[9].SetVertex(CVector4(1.0f, 6.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
0, 1, 0, 0, 0.35f, 0.65f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 2);
modelPoints[10].SetVertex(CVector4(1.0f, 9.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
1, 0, 0, 0, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1);
modelPoints[11].SetVertex(CVector4(-1.0f, 9.0f, 0.0f), CVector4(0.0f, 0.0f, 1.0),
1, 0, 0, 0, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1);
}
GLint xRotation = 0;
GLint yRotation = 0;
/** 骨骼更新，即计算出每个骨骼的新变换矩阵，用displayBones数组保存 */
void updateBones()
{
/** 用于保存旋转和平移矩阵 */
CMatrix4x4 transpose, rotTemp1, rotTemp2, tempRelative;
/** 循环更新骨骼 */
for(int i = 0; i < MAX_BONES; i++)
{
///检查是否是根骨骼
if(bones[i].parent == -1)
{
/** 设置变换矩阵 */
bones[i].relative.Translate(trans.x, trans.y, trans.z);
bones[i].absolute = bones[i].relative;
/** 赋值，为了显示骨骼 */
displayBones[i] = bones[i].relative;
}
else
{
bones[i].relative.Clear();
/** 移动该骨骼到父结点骨骼(绕父骨骼转) */
bones[i].relative.Translate(0, bones[bones[i].parent].length * i, 0);
/** 根据鼠标旋转 */
rotTemp1.Rotate(xRotation, 0, 1, 0);
rotTemp2.Rotate(yRotation, 0, 0, 1);
/** 保存相对变换矩阵，并反转 */
tempRelative = bones[i].relative;
tempRelative.inverseTranslate();
/** 保存变换，为了显示骨骼 */
displayBones[i] = bones[bones[i].parent].absolute * bones[i].relative *
(rotTemp1 * rotTemp2);
/** 计算相对变换矩阵 */
bones[i].relative = bones[i].relative * (rotTemp1 * rotTemp2) * tempRelative;
/** 计算绝对变换矩阵 */
bones[i].absolute = bones[bones[i].parent].absolute * bones[i].relative;
}
}
}
void display(void)
{
/** 用户自定义的绘制过程 */
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0f, -4.0f, -15.0f);
/** 更新骨骼列表 */
updateBones();
CMatrix4x4 mat;
/** 渲染网格中的顶点，即绘制皮肤 */
for(int j = 0; j < MAX_MESHES; j++)
{
glBegin(GL_QUADS);
for(int i = 0; i < MAX_MESH_POINTS; i++)
{
///获得顶点指针
CBoneVertex *thisVertex = &modelPoints[i + j * MAX_MESH_POINTS];
///根据权值计算顶点
CVector4 pos = CVector4(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
CVector4 normal = CVector4(0.0, 0.0, 0.0);
for(int i2 = 0; i2 < thisVertex->numBones; i2++)
{
mat = bones[thisVertex->boneIndex[i2]].absolute;
///加权骨骼对顶点位置和法线的影响
pos += (mat.VectorMatrixMultiply(thisVertex->pos) * thisVertex->weights[i2]);
normal += (mat.VectorMatrixMultiply3x3(thisVertex->normal) *
thisVertex->weights[i2]);
}
///渲染该顶点
glColor4f(thisVertex->r, thisVertex->g, thisVertex->b, thisVertex->a);
glNormal3f(normal.x, normal.y, normal.z);
glVertex3f(pos.x, pos.y, pos.z);
}
glEnd();
}
//绘制骨骼
for(int i = 0; i < MAX_BONES; i++)
{
glPushMatrix();
glMultMatrixf(displayBones[i].matrix);
glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
glBegin(GL_LINES);
///绘制线段
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(0.0f, bones[i].length, 0.0f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, -0.4f);
glVertex3f(0.0f, bones[i].length, 0.0f);
glVertex3f(0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(0.0f, bones[i].length, 0.0f);
glVertex3f(-0.4f, 0.0f, 0.4f);
glVertex3f(0.0f, bones[i].length, 0.0f);
glEnd();
glPopMatrix();
}
/** 强制执行所有的OpenGL命令 */
glFlush();
}
void ChangeSize(int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height); /**< 重新设置视口 */
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(45.0f, (GLfloat)width / (GLfloat)height, 0.1f, 1700.0f);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
int oldx = 0;
int oldy = 0;
void motion(int x, int y)
{
xRotation = xRotation - (x - oldx);
yRotation = yRotation - (y - oldy);
oldx = x;
oldy = y;
glutPostRedisplay();
}
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_DEPTH | GLUT_RGB );
glutInitWindowSize (400, 400);
glutInitWindowPosition (100, 100);
glutCreateWindow("骨骼动画");
init();
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutDisplayFunc(display);
glutMotionFunc(motion);
glutMainLoop();
return 0;
}
辅助类
- 骨骼类
//
// Bone.h
// opengl
//
// Created by app05 on 15-5-7.
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
#ifndef __opengl__Bone__
#define __opengl__Bone__
#include <stdio.h>
#include "Matrix.h"
/** 骨骼类 */
class CBone
{
public:
CBone();
/** 设置骨骼 */
void SetBone(unsigned int P, float L);
void SetBone(unsigned int P, float L, CMatrix4x4 R, CMatrix4x4 A);
unsigned int parent; /**< 父结点 */
float length; /**< 长度 */
/** 变换矩阵 */
CMatrix4x4 relative;
CMatrix4x4 absolute;
};
/** 骨骼顶点类，即绑定到骨骼上的皮肤顶点数据 */
class CBoneVertex
{
public:
CBoneVertex();
/** 设置顶点数据 */
void SetVertex(CVector4 p, CVector4 n, int b1, int b2, int b3, int b4,
float w1, float w2, float w3, float w4, float R, float G,
float B, float A, int numB);
CVector4 pos; /**< 位置 */
CVector4 normal; /**< 法线 */
int boneIndex[4]; /**< 骨骼索引 */
float weights[4]; /**< 权值 */
int numBones; /**< 影响的骨骼数目 */
float r, g, b, a; /**< 颜色 */
};
#endif /* defined(__opengl__Bone__) */
//
// Bone.cpp
// opengl
//
// Created by app05 on 15-5-7.
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
#include "Bone.h"
CBone::CBone() : parent(0), length(0)
{
}
/** 设置骨骼数据 */
void CBone::SetBone(unsigned int P, float L)
{
parent = P; length = L;
}
void CBone::SetBone(unsigned int P, float L, CMatrix4x4 R, CMatrix4x4 A)
{
parent = P; length = L; relative = R; absolute = A;
}
CBoneVertex::CBoneVertex() : r(0), g(0), b(0), a(0), numBones(0)
{
///初始化各成员
boneIndex[0] = 0; boneIndex[1] = 0; boneIndex[2] = 0; boneIndex[3] = 0;
weights[0] = 0; weights[1] = 0; weights[2] = 0; weights[3] = 0;
}
/** 设置顶点信息 */
void CBoneVertex::SetVertex(CVector4 p, CVector4 n, int b1, int b2, int b3, int b4,
float w1, float w2, float w3, float w4,
float R, float G, float B, float A, int numB)
{
pos = p;
normal = n;
boneIndex[0] = b1; boneIndex[1] = b2; boneIndex[2] = b3; boneIndex[3] = b4;
weights[0] = w1; weights[1] = w2; weights[2] = w3; weights[3] = w4;
r = R; g = G; b = B; a = A;
numBones = numB;
}
- 向量类
//
// Vector.h
// opengl
//
// Created by app05 on 15-5-7.
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
#ifndef __opengl__Vector__
#define __opengl__Vector__
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#define M_PI 3.141592654
/** 四维向量类 */
class CVector4
{
public:
///构造函数
CVector4();
CVector4(float X, float Y, float Z);
CVector4(float X, float Y, float Z, float W);
CVector4(const CVector4 &v);
///运算符重载
void operator=(CVector4 v);
CVector4 operator-(CVector4 v);
CVector4 operator+(CVector4 v);
CVector4 operator*(CVector4 v);
CVector4 operator/(CVector4 v);
CVector4 operator+(float f);
CVector4 operator-(float f);
CVector4 operator*(float f);
CVector4 operator/(float f);
void operator +=(CVector4 v);
void operator -=(CVector4 v);
void operator *=(CVector4 v);
void operator /=(CVector4 v);
void operator +=(float f);
void operator -=(float f);
void operator *=(float f);
void operator /=(float f);
bool operator ==(CVector4 v);
bool operator !=(CVector4 v);
///叉乘
void CrossProduct(CVector4 v1, CVector4 v2);
void CrossProduct3(CVector4 v1, CVector4 v2,
CVector4 v3);
///点乘
float DotProduct3(CVector4 v1);
float DotProduct4(CVector4 v1);
///返回向量长度
float GetLength();
///归一化向量
void Normal();
public:
float x, y, z, w;
};
#endif /* defined(__opengl__Vector__) */
//
// Vector.cpp
// opengl
//
// Created by app05 on 15-5-7.
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
#include "Vector.h"
CVector4::CVector4()
{
///初始化
x = y = z = 0.0; w = 1;
}
CVector4::CVector4(float X, float Y, float Z)
{
///初始化
x = X;
y = Y;
z = Z;
}
CVector4::CVector4(float X, float Y, float Z, float W)
{
///初始化.
x = X;
y = Y;
z = Z;
w = W;
}
CVector4::CVector4(const CVector4 &v)
{
x = v.x;
y = v.y;
z = v.z;
w = v.w;
}
void CVector4::operator =(CVector4 v)
{
x = v.x;
y = v.y;
z = v.z;
w = v.w;
}
/// -
CVector4 CVector4::operator -(CVector4 v)
{
return CVector4(x - v.x, y - v.y, z - v.z);
}
/// +
CVector4 CVector4::operator +(CVector4 v)
{
return CVector4(x + v.x, y + v.y, z + v.z);
}
/// *
CVector4 CVector4::operator *(CVector4 v)
{
return CVector4(x * v.x, y * v.y, z * v.z);
}
/// /
CVector4 CVector4::operator /(CVector4 v)
{
return CVector4(x / v.x, y / v.y, z / v.z);
}
/// +
CVector4 CVector4::operator +(float f)
{
return CVector4(x + f, y + f, z + f);
}
/// -
CVector4 CVector4::operator -(float f)
{
return CVector4(x - f, y - f, z - f);
}
/// *
CVector4 CVector4::operator *(float f)
{
return CVector4(x * f, y * f, z * f);
}
/// /
CVector4 CVector4::operator /(float f)
{
f = 1/f;
return CVector4(x * f, y * f, z * f);
}
/// +=
void CVector4::operator +=(CVector4 v)
{
x += v.x;
y += v.y;
z += v.z;
}
/// -=
void CVector4::operator -=(CVector4 v)
{
x -= v.x;
y -= v.y;
z -= v.z;
}
/// *=
void CVector4::operator *=(CVector4 v)
{
x *= v.x;
y *= v.y;
z *= v.z;
}
/// /=
void CVector4::operator /=(CVector4 v)
{
x /= v.x;
y /= v.y;
z /= v.z;
}
/// +=
void CVector4::operator +=(float f)
{
x += f;
y += f;
z += f;
}
/// -=
void CVector4::operator -=(float f)
{
x -= f;
y -= f;
z -= f;
}
/// *=
void CVector4::operator *=(float f)
{
x *= f;
y *= f;
z *= f;
}
/// /=
void CVector4::operator /=(float f)
{
f = 1/f;
x *= f;
y *= f;
z *= f;
}
/// ==
bool CVector4::operator ==(CVector4 v)
{
return ((x == v.x) && (y== v.y) && (z == v.z));
}
/// ！=
bool CVector4::operator !=(CVector4 v)
{
return !((x == v.x) && (y== v.y) && (z == v.z));
}
/// 叉乘
void CVector4::CrossProduct(CVector4 v1, CVector4 v2)
{
x = ((v1.y * v2.z) - (v1.z * v2.y));
y = ((v1.z * v2.x) - (v1.x * v2.z));
z = ((v1.x * v2.y) - (v1.y * v2.x));
}
void CVector4::CrossProduct3(CVector4 v1, CVector4 v2, CVector4 v3)
{
///求得v1,v2,v3的叉积
x = v1.y * v2.z * v3.w +
v1.z * v2.w * v3.y +
v1.w * v2.y * v3.z -
v1.y * v2.w * v3.z -
v1.z * v2.y * v3.w -
v1.w * v2.z * v3.y;
y = v1.x * v2.w * v3.z +
v1.z * v2.x * v3.w +
v1.w * v2.z * v3.x -
v1.x * v2.z * v3.w -
v1.z * v2.w * v3.x -
v1.w * v2.x * v3.z;
z = v1.x * v2.y * v3.w +
v1.y * v2.w * v3.x +
v1.w * v2.x * v3.y -
v1.x * v2.w * v3.y -
v1.y * v2.x * v3.w -
v1.w * v2.y * v3.x;
w = v1.x * v2.z * v3.y +
v1.y * v2.x * v3.z +
v1.z * v2.y * v3.x -
v1.x * v2.y * v3.z -
v1.y * v2.z * v3.x -
v1.z * v2.x * v3.y;
}
/// 点乘
float CVector4::DotProduct3(CVector4 v1)
{
return x * v1.x + y * v1.y + z * v1.z;
}
float CVector4::DotProduct4(CVector4 v1)
{
return x * v1.x + y * v1.y + z * v1.z + w * v1.w;
}
/// 返回长度
float CVector4::GetLength()
{
return (float)sqrt((x * x + y * y + z * z));
}
/// 归一化
void CVector4::Normal()
{
float lenght = GetLength();
if(lenght == 0.0f)
lenght = 1.0f;
x = x/lenght;
y = y/lenght;
z = z/lenght;
w = w/lenght;
}
- 4x4矩阵类
//
// Matrix.h
// opengl
//
// Created by app05 on 15-5-7.
// Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
#ifndef __opengl__Matrix__
#define __opengl__Matrix__
#include <stdio.h>
#include "Vector.h"
/** 4x4矩阵类 */
class CMatrix4x4
{
public:
///构造函数
CMatrix4x4();
CMatrix4x4(const CMatrix4x4 &m);
CMatrix4x4(float r11, float r12, float r13, float r14,
float r21, float r22, float r23, float r24,
float r31, float r32, float r33, float r34,
float r41, float r42, float r43, float r44);
~CMatrix4x4();
///重置矩阵
void Clear();
void Zero();
///运算符重载
void operator=(CMatrix4x4 m);
CMatrix4x4 operator-(CMatrix4x4 m);
CMatrix4x4 operator+(CMatrix4x4 m);
CMatrix4x4 operator*(CMatrix4x4 m);
CMatrix4x4 operator/(CMatrix4x4 m);
void operator +=(CMatrix4x4 m);
void operator -=(CMatrix4x4 m);
void operator *=(CMatrix4x4 m);
void operator /=(CMatrix4x4 m);
CMatrix4x4 operator-(float f);
CMatrix4x4 operator+(float f);
CMatrix4x4 operator*(float f);
CMatrix4x4 operator/(float f);
void operator -=(float f);
void operator +=(float f);
void operator *=(float f);
void operator /=(float f);
bool operator ==(CMatrix4x4 v);
bool operator !=(CMatrix4x4 v);
///平移一个点
void Translate(CVector4 Translate);
void Translate(float x, float y, float z);
void inverseTranslate();
///旋转一个点
void Rotate(double angle, float x, float y,
float z);
///向量与矩阵相乘
CVector4 VectorMatrixMultiply(CVector4 v);
CVector4 VectorMatrixMultiply3x3(CVector4 v);
public:
float matrix[16];
};
#endif /* defined(__opengl__Matrix__) */
//
// Matrix.cpp
// opengl
//
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#include "Matrix.h"
CMatrix4x4::CMatrix4x4()
{
///初始化各元素
Clear();
}
CMatrix4x4::CMatrix4x4(const CMatrix4x4 &m)
{
matrix[0] = m.matrix[0];
matrix[4] = m.matrix[4];
matrix[8] = m.matrix[8];
matrix[12] = m.matrix[12];
matrix[1] = m.matrix[1];
matrix[5] = m.matrix[5];
matrix[9] = m.matrix[9];
matrix[13] = m.matrix[13];
matrix[2] = m.matrix[2];
matrix[6] = m.matrix[6];
matrix[10] = m.matrix[10];
matrix[14] = m.matrix[14];
matrix[3] = m.matrix[3];
matrix[7] = m.matrix[7];
matrix[11] = m.matrix[11];
matrix[15] = m.matrix[15];
}
CMatrix4x4::CMatrix4x4(float r11, float r12, float r13, float r14,
float r21, float r22, float r23, float r24,
float r31, float r32, float r33, float r34,
float r41, float r42, float r43, float r44)
{
matrix[0] = r11; matrix[1] = r12; matrix[2] = r13; matrix[3] = r14;
matrix[4] = r21; matrix[5] = r22; matrix[6] = r23; matrix[7] = r24;
matrix[8] = r31; matrix[9] = r32; matrix[10] = r33; matrix[11] = r34;
matrix[12] = r41; matrix[13] = r42; matrix[14] = r43; matrix[15] = r44;
}
CMatrix4x4::~CMatrix4x4()
{
}
void CMatrix4x4::operator =(CMatrix4x4 m)
{
matrix[0] = m.matrix[0]; matrix[1] = m.matrix[1]; matrix[2] = m.matrix[2];
matrix[3] = m.matrix[3];
matrix[4] = m.matrix[4]; matrix[5] = m.matrix[5]; matrix[6] = m.matrix[6];
matrix[7] = m.matrix[7];
matrix[8] = m.matrix[8]; matrix[9] = m.matrix[9]; matrix[10] = m.matrix[10];
matrix[11] = m.matrix[11];
matrix[12] = m.matrix[12]; matrix[13] = m.matrix[13]; matrix[14] = m.matrix[14];
matrix[15] = m.matrix[15];
}
/// 矩阵相减
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator -(CMatrix4x4 m)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] - m.matrix[0], matrix[1] - m.matrix[1], matrix[2] - m.matrix[2],
matrix[3] - m.matrix[3], matrix[4] - m.matrix[4], matrix[5] - m.matrix[5],
matrix[6] - m.matrix[6], matrix[7] - m.matrix[7], matrix[8] - m.matrix[8],
matrix[9] - m.matrix[9], matrix[10] - m.matrix[10], matrix[11] - m.matrix[11],
matrix[12] - m.matrix[12], matrix[13] - m.matrix[13],
matrix[14] - m.matrix[14], matrix[15] - m.matrix[15]);
}
/// 矩阵相加
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator +(CMatrix4x4 m)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] + m.matrix[0], matrix[1] + m.matrix[1], matrix[2] + m.matrix[2],
matrix[3] + m.matrix[3], matrix[4] + m.matrix[4], matrix[5] + m.matrix[5],
matrix[6] + m.matrix[6], matrix[7] + m.matrix[7], matrix[8] + m.matrix[8],
matrix[9] + m.matrix[9], matrix[10] + m.matrix[10], matrix[11] + m.matrix[11],
matrix[12] + m.matrix[12], matrix[13] + m.matrix[13],
matrix[14] + m.matrix[14], matrix[15] + m.matrix[15]);
}
/// 矩阵相乘
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator *(CMatrix4x4 m)
{
float newMatrix[16];
const float *m1 = matrix, *m2 = m.matrix;
newMatrix[0] = m1[0] * m2[0] + m1[4] * m2[1] + m1[8] * m2[2];
newMatrix[1] = m1[1] * m2[0] + m1[5] * m2[1] + m1[9] * m2[2];
newMatrix[2] = m1[2] * m2[0] + m1[6] * m2[1] + m1[10] * m2[2];
newMatrix[3] = 0;
newMatrix[4] = m1[0] * m2[4] + m1[4] * m2[5] + m1[8] * m2[6];
newMatrix[5] = m1[1] * m2[4] + m1[5] * m2[5] + m1[9] * m2[6];
newMatrix[6] = m1[2] * m2[4] + m1[6] * m2[5] + m1[10] * m2[6];
newMatrix[7] = 0;
newMatrix[8] = m1[0] * m2[8] + m1[4] * m2[9] + m1[8] * m2[10];
newMatrix[9] = m1[1] * m2[8] + m1[5] * m2[9] + m1[9] * m2[10];
newMatrix[10] = m1[2] * m2[8] + m1[6] * m2[9] + m1[10] * m2[10];
newMatrix[11] = 0;
newMatrix[12] = m1[0] * m2[12] + m1[4] * m2[13] + m1[8] * m2[14] + m1[12];
newMatrix[13] = m1[1] * m2[12] + m1[5] * m2[13] + m1[9] * m2[14] + m1[13];
newMatrix[14] = m1[2] * m2[12] + m1[6] * m2[13] + m1[10] * m2[14] + m1[14];
newMatrix[15] = 1;
return CMatrix4x4(newMatrix[0], newMatrix[1], newMatrix[2], newMatrix[3], newMatrix[4],
newMatrix[5], newMatrix[6], newMatrix[7], newMatrix[8], newMatrix[9],
newMatrix[10], newMatrix[11], newMatrix[12], newMatrix[13], newMatrix[14],
newMatrix[15]);
}
/// 矩阵相除
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator /(CMatrix4x4 m)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] / m.matrix[0] + matrix[4] / m.matrix[1] + matrix[8] /
m.matrix[2] + matrix[12] / m.matrix[3],
matrix[1] / m.matrix[0] + matrix[5] / m.matrix[1] + matrix[9] /
m.matrix[2] + matrix[13] / m.matrix[3],
matrix[2] / m.matrix[0] + matrix[6] / m.matrix[1] + matrix[10] /
m.matrix[2] + matrix[14] / m.matrix[3],
matrix[3] / m.matrix[0] + matrix[7] / m.matrix[1] + matrix[11] /
m.matrix[2] + matrix[15] / m.matrix[3],
matrix[0] / m.matrix[4] + matrix[4] / m.matrix[5] + matrix[8] /
m.matrix[6] + matrix[12] / m.matrix[7],
matrix[1] / m.matrix[4] + matrix[5] / m.matrix[5] + matrix[9] /
m.matrix[6] + matrix[13] / m.matrix[7],
matrix[2] / m.matrix[4] + matrix[6] / m.matrix[5] + matrix[10] /
m.matrix[6] + matrix[14] / m.matrix[7],
matrix[3] / m.matrix[4] + matrix[7] / m.matrix[5] + matrix[11] /
m.matrix[6] + matrix[15] / m.matrix[7],
matrix[0] / m.matrix[8] + matrix[4] / m.matrix[9] + matrix[8] /
m.matrix[10] + matrix[12] / m.matrix[11],
matrix[1] / m.matrix[8] + matrix[5] / m.matrix[9] + matrix[9] /
m.matrix[10] + matrix[13] / m.matrix[11],
matrix[2] / m.matrix[8] + matrix[6] / m.matrix[9] + matrix[10] /
m.matrix[10] + matrix[14] / m.matrix[11],
matrix[3] / m.matrix[8] + matrix[7] / m.matrix[9] + matrix[11] /
m.matrix[10] + matrix[15] / m.matrix[11],
matrix[0] / m.matrix[12] + matrix[4] / m.matrix[13] + matrix[8] /
m.matrix[14] + matrix[12] / m.matrix[15],
matrix[1] / m.matrix[12] + matrix[5] / m.matrix[13] + matrix[9] /
m.matrix[14] + matrix[13] / m.matrix[15],
matrix[2] / m.matrix[12] + matrix[6] / m.matrix[13] + matrix[10] /
m.matrix[14] + matrix[14] / m.matrix[15],
matrix[3] / m.matrix[12] + matrix[7] / m.matrix[13] + matrix[11] /
m.matrix[14] + matrix[15] / m.matrix[15]);
}
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator -(float f)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] - f, matrix[1] - f, matrix[2] - f, matrix[3] - f,
matrix[4] - f, matrix[5] - f, matrix[6] - f, matrix[7] - f,
matrix[8] - f, matrix[9] - f, matrix[10] - f, matrix[11] - f,
matrix[12] - f, matrix[13] - f, matrix[14] - f, matrix[15] - f);
}
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator +(float f)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] + f, matrix[1] + f, matrix[2] + f, matrix[3] + f,
matrix[4] + f, matrix[5] + f, matrix[6] + f, matrix[7] + f,
matrix[8] + f, matrix[9] + f, matrix[10] + f, matrix[11] + f,
matrix[12] + f, matrix[13] + f, matrix[14] + f, matrix[15] + f);
}
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator *(float f)
{
return CMatrix4x4(matrix[0] * f, matrix[1] * f, matrix[2] * f, matrix[3] * f,
matrix[4] * f, matrix[5] * f, matrix[6] * f, matrix[7] * f,
matrix[8] * f, matrix[9] * f, matrix[10] * f, matrix[11] * f,
matrix[12] * f, matrix[13] * f, matrix[14] * f, matrix[15] * f);
}
CMatrix4x4 CMatrix4x4::operator /(float f)
{
if(f == 0) f = 1;
f = 1/f;
return CMatrix4x4(matrix[0] * f, matrix[1] * f, matrix[2] * f, matrix[3] * f,
matrix[4] * f, matrix[5] * f, matrix[6] * f, matrix[7] * f,
matrix[8] * f, matrix[9] * f, matrix[10] * f, matrix[11] * f,
matrix[12] * f, matrix[13] * f, matrix[14] * f, matrix[15] * f);
}
bool CMatrix4x4::operator ==(CMatrix4x4 m)
{
for(int i = 0; i < 16; i++)
{
if(matrix[i] != m.matrix[i])
return false;
}
return true;
}
void CMatrix4x4::operator +=(CMatrix4x4 m)
{
(*this) = (*this) + m;
}
void CMatrix4x4::operator -=(CMatrix4x4 m)
{
(*this) = (*this) - m;
}
void CMatrix4x4::operator *=(CMatrix4x4 m)
{
(*this) = (*this) * m;
}
void CMatrix4x4::operator /=(CMatrix4x4 m)
{
(*this) = (*this) / m;
}
bool CMatrix4x4::operator !=(CMatrix4x4 m)
{
return !((*this) == m);
}
void CMatrix4x4::operator -=(float f)
{
(*this) = (*this) - f;
}
void CMatrix4x4::operator +=(float f)
{
(*this) = (*this) + f;
}
void CMatrix4x4::operator *=(float f)
{
(*this) = (*this) * f;
}
void CMatrix4x4::operator /=(float f)
{
(*this) = (*this) / f;
}
void CMatrix4x4::Clear()
{
///重置矩阵为单位矩阵
matrix[0] = 1.0f; matrix[1] = 0.0f; matrix[2] = 0.0f; matrix[3] = 0.0f;
matrix[4] = 0.0f; matrix[5] = 1.0f; matrix[6] = 0.0f; matrix[7] = 0.0f;
matrix[8] = 0.0f; matrix[9] = 0.0f; matrix[10] = 1.0f; matrix[11] = 0.0f;
matrix[12] = 0.0f; matrix[13] = 0.0f; matrix[14] = 0.0f; matrix[15] = 1.0f;
}
void CMatrix4x4::Zero()
{
///重置矩阵各元素为0
matrix[0] = 0.0f; matrix[1] = 0.0f; matrix[2] = 0.0f; matrix[3] = 0.0f;
matrix[4] = 0.0f; matrix[5] = 0.0f; matrix[6] = 0.0f; matrix[7] = 0.0f;
matrix[8] = 0.0f; matrix[9] = 0.0f; matrix[10] = 0.0f; matrix[11] = 0.0f;
matrix[12] = 0.0f; matrix[13] = 0.0f; matrix[14] = 0.0f; matrix[15] = 0.0f;
}
///平移变换
void CMatrix4x4::Translate(CVector4 Translate)
{
matrix[12] = Translate.x;
matrix[13] = Translate.y;
matrix[14] = Translate.z;
matrix[15] = 1.0f;
}
void CMatrix4x4::Translate(float x, float y, float z)
{
matrix[12] = x;
matrix[13] = y;
matrix[14] = z;
matrix[15] = 1.0f;
}
void CMatrix4x4::inverseTranslate()
{
matrix[12] = -matrix[12];
matrix[13] = -matrix[13];
matrix[14] = -matrix[14];
}
/// 旋转变换
void CMatrix4x4::Rotate(double angle, float x, float y, float z)
{
float sine = (float)sin(angle);
float cosine = (float)cos(angle);
float sinAngle = (float)sin(3.14 * angle / 180);
float cosAngle = (float)cos(3.14 * angle / 180);
float oneSubCos = 1.0f - cosAngle;
matrix[0] = (x * x) * oneSubCos + cosAngle;
matrix[4] = (x * y) * oneSubCos - (z * sinAngle);
matrix[8] = (x * z) * oneSubCos + (y * sinAngle);
matrix[1] = (y * x) * oneSubCos + (sinAngle * z);
matrix[5] = (y * y) * oneSubCos + cosAngle;
matrix[9] = (y * z) * oneSubCos - (x * sinAngle);
matrix[2] = (z * x) * oneSubCos - (y * sinAngle);
matrix[6] = (z * y) * oneSubCos + (x * sinAngle);
matrix[10] = (z * z) * oneSubCos + cosAngle;
}
///向量与矩阵相乘
CVector4 CMatrix4x4::VectorMatrixMultiply(CVector4 v)
{
CVector4 out;
out.x = (v.x * matrix[0]) + (v.y * matrix[4]) + (v.z * matrix[8]) + matrix[12];
out.y = (v.x * matrix[1]) + (v.y * matrix[5]) + (v.z * matrix[9]) + matrix[13];
out.z = (v.x * matrix[2]) + (v.y * matrix[6]) + (v.z * matrix[10]) + matrix[14];
return out;
}
CVector4 CMatrix4x4::VectorMatrixMultiply3x3(CVector4 v)
{
CVector4 out;
out.x = (v.x * matrix[0]) + (v.y * matrix[4]) + (v.z * matrix[8]);
out.y = (v.x * matrix[1]) + (v.y * matrix[5]) + (v.z * matrix[9]);
out.z = (v.x * matrix[2]) + (v.y * matrix[6]) + (v.z * matrix[10]);
return out;
}
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