根据物体大小来计算相机的FOV

青旅半醒 2023-10-04 10:32 99阅读 0赞

### 透视相机的计算 ###

游戏开发中会经常遇到把某个物体要放在相机视野内。可能是游戏的整个背景，如图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RoaW5idWc_size_16_color_FFFFFF_t_70]

如果我们需要在运行后按照宽度占满整个屏幕，那么是要移动相机位置或者调整场景位置，或者把相机对准后放好一个适当的距离然后调整Field of View （fov）就可以了，这个更简单些。

如果分辨率是固定的还好，但是在不同手机下分辨率，宽高比可能是不同的，如果不调整就要么会少显示一部分，要么露出边框了。

那么如何来计算fov呢？  
我们先看看相机大概的样子  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RoaW5idWc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
看图我们知道了，目标对象在Near Plane和Far Plane之间。如果要把目标物按宽度占满屏幕，可以看作已知View宽度，相机到View距离，求fov角的问题。根据三角形公式，  
所以我们有如下代码可以计算。

public class CViewCameraTest : MonoBehaviour {
        
    
    	public Camera mainCamera;	//相机
    	public GameObject targetObject;	//显示的图片(场景)
    	void Start () {
        
    		
    	}
    	
    	// Update is called once per frame
    	void Update () {
        
    		//把目标物完全显示在相机范围内
    
    		//把相机的位置放在固定位置
    		mainCamera.transform.localPosition = new Vector3(0f, 0f, -10f);
    		//mainCamera.aspect是当前相机视口的宽高比
    		//targetObject.transform.localScale.x是物体的实际大小,这里面片是1米的
    		float vheight = targetObject.transform.localScale.x / mainCamera.aspect; //计算锥体高度距离
    		float distance = Vector3.Distance(mainCamera.transform.position, targetObject.transform.position);  //相机距离目标距离
    
    		//根据对边和临边计算角度，并转化成角度
    		float view = 2f * Mathf.Atan(vheight * 0.5f / distance) * Mathf.Rad2Deg;    //根据目标高度来计算
    
    		mainCamera.fieldOfView = view;
    	}
    }

运行后。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RoaW5idWc_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RoaW5idWc_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
不同的分辨率下也保持了宽度最大。

同样的，如果视口方和显示的对象forward一致，也可以让显示对象适应相机的视口大小，可以自由调整距离和fov来计算目标对象的大小。如下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RoaW5idWc_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

float distance = Vector3.Distance(mainCamera.transform.position, targetObject.transform.position);  //相机距离目标距离
    
    		//计算视口高度和宽度
    		float frustumHeight = 2.0f * distance * Mathf.Tan(mainCamera.fieldOfView * 0.5f * Mathf.Deg2Rad);
    		
    		float frustumWidth = frustumHeight * mainCamera.aspect;
    		
    		//缩放目标面片物体大小
    		targetObject.transform.localScale = new Vector3(frustumWidth, frustumHeight,1f);

你拖动相机z的位置，和修改fov，呈现的内容不变。（当然对于Perspective透视相机你要把显示的对象放在正前方，光影会有变化。）

以此类推，你也可以根据物体大小来计算距离，可以通过  
float distance = frustumHeight \* 0.5f / Mathf.Tan(camera.fieldOfView \* 0.5f \* Mathf.Deg2Rad);

### 正交相机的计算 ###

对于Orthographic相机（正交相机）来说，计算可以这样。  
首先计算出单位1米的orthographicSize 是多少，然后根据图片或者物体大小计算出真正大小，例如图片是2000的，PixelsPerUnit是100的，那么就是rate \* (2000f/100)

float rate = 1f / ((float)Screen.width / Screen.height) * 0.5f;    //1米的相机距离
            shapeCamera.orthographicSize = rate * ((float)headTexture.width / PixelsPerUnit);

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