【Cesium源码系列】Cesium的相机（1）

Cesium相机内部保存着相机的基本信息，主要有以下几个属性：

• _transform：对外只读，变换矩阵
• _invTransform：对外只读，变换矩阵的逆
• _actualTransform：对内，实际变换矩阵
• _actualInvTransform：对内，实际变换矩阵的逆
• position：对外，相机的位置
• _position：对内，相机的位置
• _positionWC：对外只读，相机的世界坐标
• _positionCartographic：对外只读，相机的经纬度坐标
• direction：对外，相机朝向
• _direction：对内，相机朝向
• _directionWC：对外只读，相机朝向世界坐标
• up：对外，相机头顶指向
• _up：对内，相机头顶指向
• _upWC：对外只读，相机头顶指向的世界坐标
• right：对外，相机右方向
• _right：对内，相机右方向
• _rightWC：对外只读，相机右方向的世界坐标
• _viewMatrix：对外只读，相机视图矩阵
• _invViewMatrix：对外只读，相机视图矩阵的逆

Cesium的相机之所以会设置同名的两个相机设置，一个对外、一个对内，是为了更好地更新相机。

相机有一个内部方法updateMembers(camera)，用于更新相机的参数，其更新过程如下：

对_position/position，_direction/direction，up/_up，_right/right进行比对，如果不相同，第一步是将对应的外部值（不带_的）拷贝到内部值（带_的），然后记录对应的属性是改变的，XXChanged = true
检查内部变量_transformChanged是否为true，判断变换矩阵_transform是否改变，如果变换矩阵改变，则将_transform拷贝到_actualTransform，并计算对应的_invTransform和_actualInvTransform
如果位置position或者transform改变了，则使用_actualTransform * _position计算_positionWC，并计算经纬度位置_positionCartographic
如果direction/up/right改变了，则要重新计算这三个值，由于任何一个值改变都会改变另外两个值，所以三个值都要进行更新（更新过程暂不赘述）
通过_actualTransform计算三个方向的世界坐标系下的向量_XXWC
更新视图矩阵（viewModelMatrix * _actualInvTransform）

可见，如果外部的position、up、right、direction改变了，实际上并不会改变内部的_transform和_actualTranform。但是首先让内部变量与对应的外部变量保持一致，然后对于position直接计算出_positionWC。但是对于direction、up和right，会首先将他们保持在相互正交的位置，然后使用_actualTransform对内部变量进行变换，得到对应的世界坐标。在保持相互正交的过程中，内部变量和外部变量可能不一致了。

如果transform改变了，那么首先会保持_transform、_actualTransform的一致，计算对应的逆，然后会用新的_transform计算_positionWC等世界坐标，但是不会改变_position等局部坐标。

但是由于这个方法是个内部方法，不用担心外部会调用，造成内外变量不一致的情况。其主要功能是在获取变量的时候更新一下数据，防止脏数据的产生。另一个功能是在内部函数_setTransform中，更改局部坐标系用的。

_setTransform方法的原理比较绕，我们使用调用它的一个get属性来解释。
在获取heading旋转角的时候，会两次使用到_setTransform方法，同时_setTransform内部会两次调用updateMembers方法。

首先，获取heading的时候，会先保存当前的内部_transform，然后通过_positionWC世界坐标（地心地固坐标）得到一个ENU2FixedFrame矩阵，这个矩阵是用来将一个ENU坐标系转换为球面的。最常用的地方就是加载一个模型，模型有局部坐标，这个局部坐标实际上就是ENU坐标，但是直接放置在地球上会发现，模型的上方向并不能和地球表面垂直，整个模型与地球表面有个夹角，看起来是歪的。此时我们就需要计算模型所在位置的一个ENU2FixedFrame矩阵，使用了这个矩阵后，模型的上方向就会与地表垂直，同时X方向指向地球的东方，Y方向指向地球的北方，模型才能正确放置。这个矩阵实际上就是将XYZ坐标转为东-北-上坐标的一个转换矩阵，只是在不同的位置，这个矩阵完全不同罢了。

此处计算了相机所在世界位置的ENU2FixedFrame矩阵（以下记为ENU），然后进行_setTransform，在_setTransform中，首先保存了此时相机的世界坐标系下的状态，我们记为positionWC_o，upWC_o和directionWC_o，
然后，将传进来的ENU拷贝到内部_transform变量，并标记_transformChanged为true，然后进行updateMembers(this)。

通过上面的内容我们知道，在updateMembers中，我们没有改变position、direction等值，但是改变了_transform，因此，内部的_actualTransform会改变，同时，_positionWC等世界坐标会改变，但是_position等局部坐标不会改变，最终的结果变为_positionWC = ENU * _position，其他同理。

之后，_setTransform会重新计算外部变量position、direction、up和right。会使用新得到的_actualTransform的逆，即ENU-1，与旧的positionWC_o进行相乘，得到新的position，然后再一次进行updateMembers，其他同理。此时_transformChanged为false，因此不会改变_transform，但是由于position发生了改变，_position会拷贝position，并用新的_position去计算_positionWC。

在这个过程中，外部变量position可记为ENU-1 * positionWC_o，内部_position会进行拷贝，然后计算新的_positionWC=_transform * _position = ENU * ENU-1 * positionWC_o = positionWC_o。

也就是说，经过_setTransform之后，相机的世界位置并不会改变，但是内部的_transform和_actualTransform会改变为设置的transform，同时，_position和position也会发生改变，但是最终结果两者保持一致。

此时，相机的position、direction、right、up等值，实际上是变到了世界坐标经过transform变换之后的空间中去。更通俗一点来说，我们在写shader的时候，viewMatrix是将模型顶点从世界空间变换到相机空间，同样，_setTransform就是通过transform矩阵将模型顶点从世界空间（地心地固坐标）变换到一个类相机空间（我称为球面空间，一个Z轴朝向地心的负方向，X轴朝向正东，Y轴朝向正北的空间）中去。

heading获取函数中，第一次_setTransform是将相机从世界空间转到球面空间上来，然后通过球面空间中的direction和up计算heading值。然后使用旧的_transform再调用一次_setTransform，将_position和_transform进行还原即可。

因此，cesium的相机的内部函数_setTransform的作用，就是将相机变换到另外一个空间去，获取这个空间内的相机的状态。