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wzjs 2025/8/20 23:23:30

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前言

在VSG（Vulkan Scene Graph）中，系统支持用户通过鼠标或触摸输入与三维场景进行交互，从而动态控制相机的位置和姿态，实现与三维场景的交互。VSG提供了多种相机操纵器，其中Trackball是一种常见的相机操作器，模拟了一个虚拟的轨迹球，用户可拖动鼠标来旋转、平移和缩放场景。机操纵器的本质是通过用户交互动态修改视图矩阵，从而改变模型在视口中的显示效果。本章探讨对事件的封装vsg::UIEvent，以此作为基础，将深入探讨vsg::trackball的实现原理，重点剖析旋转、平移和缩放三大操作的内部逻辑。

1 vsg::UIEvent的封装
2 vsg::Trackball实现原理

本章为参照用例(vulkanscenegraph显示倾斜模型-CSDN博客)中的如下代码进行深入探讨。

		vsg_viewer->addEventHandler(vsg::Trackball::create(vsg_camera));

1 vsg::Event的封装

vsg::UIEvent继承自vsg::Object，其下共有三种类型的子类：vsg::FrameEvent、vsg::TerminateEvent和vsg::WindowEvent，分别对应帧循环消息、程序或渲染终止消息以及窗口事件。

在5.1章中，介绍了窗口的创建，在windows系统下，创建的窗口对象为vsg::Win32_Window。vsg::Window_Window通过函数handleWin32Messages处理系统消息，并将消息封装为vsg::UIEvent对象。

handleWin32Messages函数在vsg::Window_Window对象构造的过程中通过外部的函数Win32WindowProc与WNDCLASSEX::lpfnWndProc绑定，如下代码所示：

    LRESULT CALLBACK Win32WindowProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam){Win32_Window* win = reinterpret_cast<Win32_Window*>(GetWindowLongPtr(hwnd, GWLP_USERDATA));if (win != nullptr){
#if 1// return if vsg::Win32_Window is able to handle it, otherwise fallback to the ::DefWindowProc(..) belowif (win->handleWin32Messages(msg, wParam, lParam)) return 0;
#elsewin->handleWin32Messages(msg, wParam, lParam);
#endif}return ::DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);}

        WNDCLASSEX wc;wc.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW | CS_DBLCLKS;wc.lpfnWndProc = Win32WindowProc;wc.cbClsExtra = 0;wc.cbWndExtra = 0;wc.hInstance = ::GetModuleHandle(NULL);wc.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);wc.hbrBackground = 0;wc.lpszMenuName = 0;wc.lpszClassName = windowClass.c_str();wc.hIconSm = 0;

在vsg的渲染帧循环中(后续章节会深入探究)，调用vsg::Window_Window对象的pollEvents函数取出所有的事件，并在视景器vsg::Viewer的handleEvents函数中处理所有事件。

void Viewer::handleEvents()
{CPU_INSTRUMENTATION_L1_NC(instrumentation, "Viewer handle events", COLOR_UPDATE);for (auto& vsg_event : _events){for (auto& handler : _eventHandlers){vsg_event->accept(*handler);}}
}

2 vsg::Trackball实现原理

vsg::Trackball继承自vsg::Visitor，通过重写apply(ButtonPressEvent& buttonPress)、apply(ButtonReleaseEvent& buttonRelease)、apply(MoveEvent& moveEvent)函数，实现对通过鼠标交互实现旋转、平移和缩放三大操作的处理。默认鼠标中键平移、鼠标滚轮缩放、鼠标左键拖动实现旋转，本章重点探讨旋转操作。

        _updateMode = ROTATE;moveEvent.handled = true;dvec3 xp = cross(normalize(control_tbc), normalize(prev_tbc));double xp_len = length(xp);if (xp_len > 0.0){_rotateAngle = asin(xp_len);_rotateAxis = xp / xp_len;rotate(_rotateAngle * scale, _rotateAxis);}else{_rotateAngle = 0.0;}

在Trackball::apply(MoveEvent& moveEvent)方法中，场景旋转的具体实现如下：prev_tbc表示鼠标左键点击时（即旋转操作开始时）对应的TBC（Trackball Coordinate）坐标，而control_tbc则表示当前鼠标位置对应的TBC坐标。通过计算这两个坐标之间的公垂线xp，将其作为旋转轴，同时以公垂线的长度作为旋转角度，从而实现场景的旋转操作。

其中有鼠标所在屏幕坐标计算得到TBC坐标的代码如下，其中ndc函数为取值范围为[0,1]的归一化屏幕坐标系。

dvec3 Trackball::tbc(const PointerEvent& event)
{dvec2 v = ndc(event);double l = length(v);if (l < 1.0f){double h = 0.5 + cos(l * PI) * 0.5;return dvec3(v.x, -v.y, h);}else{return dvec3(v.x, -v.y, 0.0);}
}

旋转函数rotate具体实现如下：

void Trackball::rotate(double angle, const dvec3& axis)
{dmat4 rotation = vsg::rotate(angle, axis);dmat4 lv = lookAt(_lookAt->eye, _lookAt->center, _lookAt->up);dvec3 centerEyeSpace = (lv * _lookAt->center);dmat4 matrix = inverse(lv) * translate(centerEyeSpace) * rotation * translate(-centerEyeSpace) * lv;_lookAt->up = normalize(matrix * (_lookAt->eye + _lookAt->up) - matrix * _lookAt->eye);_lookAt->center = matrix * _lookAt->center;_lookAt->eye = matrix * _lookAt->eye;clampToGlobe();
}

通过给定的旋转角度(angle)和旋转轴(axis)对相机上方(up)、观察点(center)、相机点(eye)，实现视图矩阵的更新。

文末：本章在上一篇文章的基础上，进一步深入相机操作器，机操纵器的本质是通过用户交互动态修改视图矩阵，从而改变模型在视口中的显示效果。重点分析了vsg中针对事件vsg::UIEvent的封装、vsg::Trackball中轨迹球旋转的具体实现。下章将分析视景器准备过程中的CommandGraph的创建过程。

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