等角投影及計算公式


等角投影中,沒有消失點,觀察者的目光始終是平行的,投影方向與坐標軸的角度是固定值,雖然這樣看上去略有失真,但是總體來講立體感還是很明顯的,重要的是:不管你把等角投影所形成的立體圖形放在屏幕上哪一個位置,看上去都是相同的。

 

原書作者還給出了一個演示,用於幫助大家理解:在線演示

很明顯:一個立方體的(正方形)頂部面,在經過等角投影后,在屏幕上會發生形變,成為一個菱形。(點擊剛才的在線演示中的true isometric按鈕,觀察front視圖中立方體的頂部)

上圖是正方形經過標准等角投影后得到的菱形,其左右側的角度為60度,通過計算可以得到長寬比例為1.73,但是這個比例通常在計算時,會弄出很多小數位,而且繪圖師們也比較煩這個比例(因為用ps等軟件畫圖時,同樣也要設置長或寬為小數位才能保證這個比例)

 

所以在實際情況中,更常用的是"二等角"來代替"等角"(點擊剛才的在線演示中的dimetric按鈕,觀察front視圖中立方體的頂部)

可以看出,“二等角投影”形成的菱形要比“等角投影”更扁一些,但這種圖形的寬/高比例正好是2,處理起來很方便,也好記憶。

 

有了上面這些基礎,就可以來做些正經事兒了,思考一個問題:在常規3D空間中的圖形,經過二等角投影(為方便起見,以下把二等角投影也通稱為等角投影)后,要經過怎樣的計算(或轉換),才能得到最終的圖形呢?

 

有鑒於任何幾何圖形,總是由若干個點連接而成的,我們先來定義一個常規的Point3D類:

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package {
     public class Point3D {
         public var x: Number ;
         public var y: Number ;
         public var z: Number ;
         public function Point3D(x: Number = 0 ,y: Number = 0 ,z: Number = 0 ) {
             this .x=x;
             this .y=y;
             this .z=z;
         }
     }
}

所以上面的問題也可以簡化為:等角空間中3D坐標點,如何轉換為電腦屏幕上的2D坐標點?(或者反過來轉換?)

轉化公式:

x1 = x - z

y1 = y * 1.2247 + (x + z) * 0.5

z2 = (x + z) * 0.866 - y * 0.707 --用於層深排序,可以先不管

上面的公式可以把等角空間中的坐標點,轉化為屏幕空間上的坐標點。(好奇心強烈的童鞋們,自己去看原書上的推導過程吧,我建議大家把這它當成定理公式記住就好,畢竟我們不是在研究數學)

為了方便以后重用,可以把這個公式封裝到類IsoUtil.as里

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package {
 
     import flash.geom.Point;
     public class IsoUtils {
 
         //public static const Y_CORRECT:Number=Math.cos(- Math.PI/6)*Math.SQRT2;       
         public static const Y_CORRECT: Number = 1.2247448713915892 ;
 
         //把等角空間中的一個3D坐標點轉換成屏幕上的2D坐標點
         public static function isoToScreen(pos:Point3D):Point {
             var screenX: Number =pos.x-pos.z;
             var screenY: Number =pos.y*Y_CORRECT+(pos.x+pos.z)* 0.5 ;
             return new Point(screenX,screenY);
         }
 
         //把屏幕上的2D坐標點轉換成等角空間中的一個3D坐標點
         public static function screenToIso(point:Point):Point3D {
             var xpos: Number =point.y+point.x*. 5 ;
             var ypos: Number = 0 ;
             var zpos: Number =point.y-point.x*. 5 ;
             return new Point3D(xpos,ypos,zpos);
         }
     }
}

用代碼來畫一個等角圖形,測試上面的代碼是否正確

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package {
     
     import flash.display.Sprite;
     import flash.display.StageAlign;
     import flash.display.StageScaleMode;
     import flash.geom.Point;
     
     [SWF(backgroundColor= 0xefefef ,height= "200" ,width= "300" )]
     public class IsoTransformTest extends Sprite {
         public function IsoTransformTest() {
             stage.align=StageAlign.TOP_LEFT;
             stage.scaleMode=StageScaleMode.NO_SCALE;
             
             var p0:Point3D= new Point3D( 0 , 0 , 0 );
             var p1:Point3D= new Point3D( 100 , 0 , 0 );
             var p2:Point3D= new Point3D( 100 , 0 , 100 );
             var p3:Point3D= new Point3D( 0 , 0 , 100 );
             
             var sp0:Point=IsoUtils.isoToScreen(p0);
             var sp1:Point=IsoUtils.isoToScreen(p1);
             var sp2:Point=IsoUtils.isoToScreen(p2);
             var sp3:Point=IsoUtils.isoToScreen(p3);
             
             var tile:Sprite = new Sprite();
             tile.x= 150 ;
             tile.y= 50 ;
             addChild(tile);
             
             tile.graphics.lineStyle( 0 );
             tile.graphics.moveTo(sp0.x, sp0.y);
             tile.graphics.lineTo(sp1.x, sp1.y);
             tile.graphics.lineTo(sp2.x, sp2.y);
             tile.graphics.lineTo(sp3.x, sp3.y);
             tile.graphics.lineTo(sp0.x, sp0.y);
             
             trace (Math.cos(- Math.PI/ 6 )*Math.SQRT2); //1.2247448713915892           
             trace (tile.width,tile.height); //200 100 符合上面提到的2:1
         }
     }
}


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