本篇依舊屬于Matrix，主要講解Camera，Android下有很多相機應(yīng)用，其中的美顏相機更是不少，不過今天這個Camera可不是我們平時拍照的那個相機，而是graphic包下的Camera，專業(yè)給View拍照的相機，不過既然是相機，作用都是類似的，主要是將3D的內(nèi)容拍扁變成2D的內(nèi)容。
眾所周知，我們的手機屏幕是一個2D的平面，所以也沒辦法直接顯示3D的信息，因此我們看到的所有3D效果都是3D在2D平面的投影而已，而本文中的Camera主要作用就是這個，將3D信息轉(zhuǎn)換為2D平面上的投影，實際上這個類更像是一個操作Matrix的工具類，使用Camera和Matrix可以在不使用OpenGL的情況下制作出簡單的3D效果。

?? 警告：測試本文章示例之前請關(guān)閉硬件加速。

Camera常用方法表

Camera的方法并不是特別多，很多內(nèi)容與之前的講解的Canvas和Matrix類似，不過又稍有不同，之前的畫布操作和Matrix主要是作用于2D空間，而Camera則主要作用于3D空間。

基礎(chǔ)概念

在具體講解方法之前，先補充幾個基礎(chǔ)概念，以便于后面理解。

3D坐標(biāo)系

我們Camera使用的3維坐標(biāo)系是左手坐標(biāo)系，即左手手臂指向x軸正方向，四指彎曲指向y軸正方向，此時展開大拇指指向的方向是z軸正方向。

實際上不同平臺上使用的坐標(biāo)系也有不同，有的是左手，有的是右手，貌似并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只需要記住 Android 平臺上面使用的是左手坐標(biāo)系即可。

2D 和 3D 坐標(biāo)是通過Matrix關(guān)聯(lián)起來的，所以你可以認為兩者是同一個坐標(biāo)系，但又有差別，重點就是y軸方向不同。

三維投影

三維投影是將三維空間中的點映射到二維平面上的方法。由于目前絕大多數(shù)圖形數(shù)據(jù)的顯示方式仍是二維的，因此三維投影的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其是在計算機圖形學(xué)，工程學(xué)和工程制圖中。

三維投影一般有兩種，正交投影 和 透視投影。

正交投影就是我們數(shù)學(xué)上學(xué)過的 “正視圖、正視圖、側(cè)視圖、俯視圖” 這些東西。
透視投影則更像拍照片，符合近大遠小的關(guān)系，有立體感，我們此處使用的就是透視投影。

攝像機

如果你學(xué)過Unity，那么你對攝像機這一個概念應(yīng)該會有比較透徹的理解。在一個虛擬的3D的立體空間中，由于我們無法直接用眼睛去觀察這一個空間，所以要借助攝像機采集信息，制成2D影像供我們觀察。簡單來說，攝像機就是我們觀察虛擬3D空間的眼睛。
Android 上面觀察View的攝像機默認位置在屏幕左上角，而且是距屏幕有一段距離的，假設(shè)灰色部分是手機屏幕，白色是上面的一個View，攝像機位置看起來大致就是下面這樣子的(為了更好的展示攝像機的位置，做了一個空間轉(zhuǎn)換效果的動圖)。

攝像機的位置默認是 (0, 0, -576)。其中 -576＝ -8 x 72，雖然官方文檔說距離屏幕的距離是 -8, 但經(jīng)過測試實際距離是 -576 像素，當(dāng)距離為 -10 的時候，實際距離為 -720 像素。不過這個數(shù)值72我也不明白是什么東西，我使用了3款手機測試，屏幕大小和像素密度均不同，但結(jié)果都是一樣的，知道的小伙伴可以告訴我一聲。

基本方法

基本方法就有兩個save 和restore，主要作用為保存當(dāng)前狀態(tài)和恢復(fù)到上一次保存的狀態(tài)，通常成對使用，常用格式如下:

camera.save();      // 保存狀態(tài)
...             // 具體操作
camera.retore();    // 回滾狀態(tài)

常用方法

這兩個方法是Camera中最基礎(chǔ)也是最常用的方法。

getMatrix

void getMatrix (Matrix matrix)

計算當(dāng)前狀態(tài)下矩陣對應(yīng)的狀態(tài)，并將計算后的矩陣賦值給參數(shù)matrix。

applyToCanvas

void applyToCanvas (Canvas canvas)

計算當(dāng)前狀態(tài)下單矩陣對應(yīng)的狀態(tài)，并將計算后的矩陣應(yīng)用到指定的canvas上。

平移

聲明：以下示例中 Matrix 的平移均使用 postTranslate 來演示，實際情況中使用set、pre 或 post 需要視情況而定。

void translate (float x, float y, float z)

和2D平移類似，只不過是多出來了一個維度，從只能在2D平面上平移到在3D空間內(nèi)平移，不過，此處仍有幾個要點需要重點對待。

沿x軸平移

camera.translate(x, 0, 0);

matrix.postTranslate(x, 0);

兩者x軸同向，所以 Camera 和 Matrix 在沿x軸平移上是一致的。

結(jié)論:

一致是指平移方向和平移距離一致，在默認情況下，上面兩種均可以讓坐標(biāo)系向右移動x個單位。

沿y軸平移

這個就有點意思了，兩個坐標(biāo)系相互關(guān)聯(lián)，但是兩者的y軸方向是相反的，很容易把人搞迷糊。你可以這么玩:

Camera camera = new Camera();
camera.translate(0, 100, 0);    // camera - 沿y軸正方向平移100像素

Matrix matrix = new Matrix();
camera.getMatrix(matrix);
matrix.postTranslate(0,100);    // matrix - 沿y軸正方向平移100像素

Log.i(TAG, "Matrix: "+matrix.toShortString());

在上面這種寫法，雖然用了5行代碼，但是效果卻和 Matrix matrix = new Matrix(); 一樣，結(jié)果都是單位矩陣。而且看起來貌似沒有啥問題，畢竟兩次平移都是正向100。

結(jié)論:

由于兩者y軸相反，所以 camera.translate(0, -y, 0); 與 matrix.postTranslate(0, y);平移方向和距離一致，在默認情況下，這兩種方法均可以讓坐標(biāo)系向下移動y個單位。

沿z軸平移

這個不僅有趣，還容易蒙逼，上面兩種情況再怎么鬧騰也只是在2D平面上，而z軸的出現(xiàn)則讓其有了空間感。

當(dāng)View和攝像機在同一條直線上時: 此時沿z軸平移相當(dāng)于縮放的效果，縮放中心為攝像機所在(x, y)坐標(biāo)，當(dāng)View接近攝像機時，看起來會變大，遠離攝像機時，看起來會變小，近大遠小。

當(dāng)View和攝像機不在同一條直線上時: 當(dāng)View遠離攝像機的時候，View在縮小的同時也在不斷接近攝像機在屏幕投影位置(通常情況下為Z軸，在平面上表現(xiàn)為接近坐標(biāo)原點)。相反，當(dāng)View接近攝像機的時候，View在放大的同時會遠離攝像機在屏幕投影位置。

我知道，這樣說你們肯定是蒙逼的，話說為啥遠離攝像機的時候會接近攝像機在屏幕投影位置(′?_?`)，肯定覺得我在逗你們玩，完全是前后矛盾，邏輯都不通，不過這個在這里的確是不矛盾的，因為遠離是在3D空間里的情況，而接近只是在2D空間的投影，看下圖。

假設(shè)大矩形是手機屏幕，白色小矩形是View，攝像機位于屏幕左上角，請注意上面View與攝像機的距離以及下方View的大小以及距離左上角(攝像機在屏幕投影位置)的距離。

至于為什么會這樣，因為我們?nèi)搜垡曈X就是這樣的，當(dāng)我們看向遠方的時候，視線最終都會消失在視平線上，如果你站在兩條平行線中間，看起來它們會在遠方(視平線上)相交，雖然在3D空間上兩者距離不變，但在2D投影上卻是越來越接近，如下圖(圖片來自網(wǎng)絡(luò)):

結(jié)論:

關(guān)于3D效果的平移說起來比較麻煩，但你可以自己實際的體驗一下，畢竟我們是生活在3D空間的，拿一張紙片來模擬View，用眼睛當(dāng)做攝像機，在眼前來回移動紙片，多試幾次大致就明白是怎么回事了。

旋轉(zhuǎn)：

旋轉(zhuǎn)是Camera制作3D效果的核心，不過它制作出來的并不能算是真正的3D，而是偽3D，因為View是沒有厚度的。

// (API 12) 可以控制View同時繞x，y，z軸旋轉(zhuǎn)，可以由下面幾種方法復(fù)合而來。
void rotate (float x, float y, float z);

// 控制View繞單個坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)
void rotateX (float deg);
void rotateY (float deg);
void rotateZ (float deg);

這個東西瞎扯理論也不好理解，直接上圖:

以上三張圖分別為，繞x軸，y軸，z軸旋轉(zhuǎn)的情況，至于為什么沒有顯示z軸，是因為z軸是垂直于手機屏幕的，在屏幕上的投影就是一個點。

關(guān)于旋轉(zhuǎn)，有以下幾點需要注意:

旋轉(zhuǎn)中心

旋轉(zhuǎn)中心默認是坐標(biāo)原點，對于圖片來說就是左上角位置。
我們都知道，在2D中，不論是旋轉(zhuǎn)，錯切還是縮放都是能夠指定操作中心點位置的，但是在3D中卻沒有默認的方法，如果我們想要讓圖片圍繞中心點旋轉(zhuǎn)怎么辦? 這就要使用到我們在Matrix原理提到過的方法:

Matrix temp = new Matrix();     // 臨時Matrix變量
this.getMatrix(temp);           // 獲取Matrix
temp.preTranslate(-centerX, -centerY);  // 使用pre將旋轉(zhuǎn)中心移動到和Camera位置相同。
temp.postTranslate(centerX, centerY);   // 使用post將圖片(View)移動到原來的位置

官方示例-Rotate3dAnimation

說到3D旋轉(zhuǎn)，最經(jīng)典的應(yīng)該就是ApiDemo里面的 Rotate3dAnimation 了，見過不少博文都是根據(jù)Rotate3dAnimation修改的效果，這是一個非常經(jīng)典的例子，鑒于代碼也不長，就貼在這里和大家一起品鑒一下。

public class Rotate3dAnimation extends Animation {
    private final float mFromDegrees;
    private final float mToDegrees;
    private final float mCenterX;
    private final float mCenterY;
    private final float mDepthZ;
    private final boolean mReverse;
    private Camera mCamera;
    /**
     * 創(chuàng)建一個繞y軸旋轉(zhuǎn)的3D動畫效果，旋轉(zhuǎn)過程中具有深度調(diào)節(jié)，可以指定旋轉(zhuǎn)中心。
     * 
     * @param fromDegrees   起始時角度
     * @param toDegrees     結(jié)束時角度
     * @param centerX       旋轉(zhuǎn)中心x坐標(biāo)
     * @param centerY       旋轉(zhuǎn)中心y坐標(biāo)
     * @param depthZ        最遠到達的z軸坐標(biāo)
     * @param reverse       true 表示由從0到depthZ，false相反
     */
    public Rotate3dAnimation(float fromDegrees, float toDegrees,
            float centerX, float centerY, float depthZ, boolean reverse) {
        mFromDegrees = fromDegrees;
        mToDegrees = toDegrees;
        mCenterX = centerX;
        mCenterY = centerY;
        mDepthZ = depthZ;
        mReverse = reverse;
    }
    @Override
    public void initialize(int width, int height, int parentWidth, int parentHeight) {
        super.initialize(width, height, parentWidth, parentHeight);
        mCamera = new Camera();
    }
    @Override
    protected void applyTransformation(float interpolatedTime, Transformation t) {
        final float fromDegrees = mFromDegrees;
        float degrees = fromDegrees + ((mToDegrees - fromDegrees) * interpolatedTime);
        final float centerX = mCenterX;
        final float centerY = mCenterY;
        final Camera camera = mCamera;
        final Matrix matrix = t.getMatrix();
        camera.save();
      
        // 調(diào)節(jié)深度
        if (mReverse) {
            camera.translate(0.0f, 0.0f, mDepthZ * interpolatedTime);
        } else {
            camera.translate(0.0f, 0.0f, mDepthZ * (1.0f - interpolatedTime));
        }
      
        // 繞y軸旋轉(zhuǎn)
        camera.rotateY(degrees);
      
        camera.getMatrix(matrix);
        camera.restore();
        
        // 調(diào)節(jié)中心點
        matrix.preTranslate(-centerX, -centerY);
        matrix.postTranslate(centerX, centerY);
    }
}

可以看到，短短的幾十行代碼就完成了，而核心代碼(有注釋部分)僅僅幾行而已，簡潔易懂。不過呢，這一份代碼依舊是一份未完成的代碼(不然怎么叫ApiDemo呢?)，并且很多人不知道怎么修改。

不知諸位在使用的時候可否發(fā)現(xiàn)了一個問題，同一份代碼在不同手機上顯示效果也是不同的，在像素密度較低的手機上，旋轉(zhuǎn)效果比較正常，但是在像素密度較高的手機上顯示效果則會很夸張，具體會怎樣的，下面就來看一下具體效果。

可以看到，圖片不僅因為形變失真，而且在中間一段因為形變過大導(dǎo)致圖片無法顯示，當(dāng)然了，單個手機失真，你可以用depthZ忽悠過去，當(dāng) depthZ 設(shè)置的數(shù)值比較大大時候，圖像在翻轉(zhuǎn)同時會遠離攝像頭，距離比較遠，失真就不會顯得很嚴(yán)重，但這仍掩蓋不了在不同手機上顯示效果不同。

如何解決這一問題呢？

想要解決其實也不難，只要修改兩個數(shù)值就可以了，這兩個數(shù)值就是在Matrix中一直被眾多開發(fā)者忽略的 MPERSP_0 和 MPERSP_1
下面是修改后的代碼(重點部分都已經(jīng)標(biāo)注出來了):

public class Rotate3dAnimation extends Animation {
    private final float mFromDegrees;
    private final float mToDegrees;
    private final float mCenterX;
    private final float mCenterY;
    private final float mDepthZ;
    private final boolean mReverse;
    private Camera mCamera;
    float scale = 1;    // <------- 像素密度

    /**
     * 創(chuàng)建一個繞y軸旋轉(zhuǎn)的3D動畫效果，旋轉(zhuǎn)過程中具有深度調(diào)節(jié)，可以指定旋轉(zhuǎn)中心。
     * @param context     <------- 添加上下文,為獲取像素密度準(zhǔn)備
     * @param fromDegrees 起始時角度
     * @param toDegrees   結(jié)束時角度
     * @param centerX     旋轉(zhuǎn)中心x坐標(biāo)
     * @param centerY     旋轉(zhuǎn)中心y坐標(biāo)
     * @param depthZ      最遠到達的z軸坐標(biāo)
     * @param reverse     true 表示由從0到depthZ，false相反
     */
    public Rotate3dAnimation(Context context, float fromDegrees, float toDegrees,
                             float centerX, float centerY, float depthZ, boolean reverse) {
        mFromDegrees = fromDegrees;
        mToDegrees = toDegrees;
        mCenterX = centerX;
        mCenterY = centerY;
        mDepthZ = depthZ;
        mReverse = reverse;

        // 獲取手機像素密度 （即dp與px的比例）
        scale = context.getResources().getDisplayMetrics().density;
    }

    @Override
    public void initialize(int width, int height, int parentWidth, int parentHeight) {
        super.initialize(width, height, parentWidth, parentHeight);
        mCamera = new Camera();
    }

    @Override
    protected void applyTransformation(float interpolatedTime, Transformation t) {
        final float fromDegrees = mFromDegrees;
        float degrees = fromDegrees + ((mToDegrees - fromDegrees) * interpolatedTime);
        final float centerX = mCenterX;
        final float centerY = mCenterY;
        final Camera camera = mCamera;
        final Matrix matrix = t.getMatrix();
        camera.save();

        // 調(diào)節(jié)深度
        if (mReverse) {
            camera.translate(0.0f, 0.0f, mDepthZ * interpolatedTime);
        } else {
            camera.translate(0.0f, 0.0f, mDepthZ * (1.0f - interpolatedTime));
        }

        // 繞y軸旋轉(zhuǎn)
        camera.rotateY(degrees);

        camera.getMatrix(matrix);
        camera.restore();

        // 修正失真，主要修改 MPERSP_0 和 MPERSP_1
        float[] mValues = new float[9];
        matrix.getValues(mValues);              //獲取數(shù)值
        mValues[6] = mValues[6]/scale;          //數(shù)值修正
        mValues[7] = mValues[7]/scale;          //數(shù)值修正
        matrix.setValues(mValues);              //重新賦值

        // 調(diào)節(jié)中心點
        matrix.preTranslate(-centerX, -centerY);
        matrix.postTranslate(centerX, centerY);
    }
}

修改后效果：

上下對比差別還是很大的，順便附上測試代碼吧，layout文件就不寫了，隨便放一個ImageView就行了。

setContentView(R.layout.activity_test_camera_rotate2);
ImageView view = (ImageView) findViewById(R.id.img);
assert view != null;
view.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        // 計算中心點（這里是使用view的中心作為旋轉(zhuǎn)的中心點）
        final float centerX = v.getWidth() / 2.0f;
        final float centerY = v.getHeight() / 2.0f;

        //括號內(nèi)參數(shù)分別為（上下文，開始角度，結(jié)束角度，x軸中心點，y軸中心點，深度，是否扭曲）
        final Rotate3dAnimation rotation = new Rotate3dAnimation(MainActivity.this, 0, 180, centerX, centerY, 0f, true, 2);

        rotation.setDuration(3000);                         //設(shè)置動畫時長
        rotation.setFillAfter(true);                        //保持旋轉(zhuǎn)后效果
        rotation.setInterpolator(new LinearInterpolator()); //設(shè)置插值器
        v.startAnimation(rotation);
    }
}); 

相機位置

我們可以使用translate和rotate來控制拍攝對象，也可以移動相機自身的位置，不過這些方法并不常用(看添加時間就知道啦)。

void setLocation (float x, float y, float z); // (API 12) 設(shè)置相機位置，默認位置是(0, 0, -8)

float getLocationX ();  // (API 16) 獲取相機位置的x坐標(biāo)，下同
float getLocationY ();
float getLocationZ ();

我們知道近大遠小，而物體之間的距離是相對的，讓物體遠離相機和讓相機遠離物體結(jié)果是一樣的，實際上設(shè)置相機位置基本可以使用translate替代。

雖然設(shè)置相機位置用處并不大，但還是要提幾點注意事項:

相機和View的z軸距離不能為0

這個比較容易理解，當(dāng)你把一個物體和相機放在同一個位置的時候，相機是拍攝不到這個物體的，正如你拿一張卡片放在手機側(cè)面，攝像頭是拍攝不到的。

虛擬相機前后均可以拍攝

當(dāng)View不斷接近攝像機并越過攝像機位置時，仍能看到View，并且View大小會隨著距離攝像機的位置越來越遠而逐漸變小，你可以理解為它有前置攝像頭和后置攝像頭。

攝像機右移等于View左移

View的狀態(tài)只取決于View和攝像機之間的相對位置，不過由于單位不同，攝像機平移一個單位等于View平移72個像素。下面兩段代碼是等價的:

Camera camera = new Camera();
camera.setLocation(1,0,-8);     // 攝像機默認位置是(0, 0, -8)
Matrix matrix = new Matrix();
camera.getMatrix(matrix);
Log.e(TAG, "location: "+matrix.toShortString() );

Camera camera2 = new Camera();
camera2.translate(-72,0,0);
Matrix matrix2 = new Matrix();
camera2.getMatrix(matrix2);
Log.e(TAG, "translate: "+matrix2.toShortString() );

結(jié)果:

location: [1.0, 0.0, -72.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]
translate: [1.0, 0.0, -72.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0

要點

• View顯示狀態(tài)取決于View和攝像機之間的相對位置
• View和相機的Z軸距離不能為0

小技巧:關(guān)于攝像機和View的位置，你可以打開手機后置攝像頭，拿一張卡片來回的轉(zhuǎn)動平移或者移動手機位置，觀察卡片在屏幕上的變化，

總結(jié)

本篇主要講解了關(guān)于Camera和Matrix的一些基礎(chǔ)知識，Camera運用得當(dāng)?shù)脑捠悄軌蛑圃斐龊芏囔趴岬男Ч?，我這里算是拋磚引玉，推薦一些比較炫酷的控件。

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從零開始打造一個Android 3D立體旋轉(zhuǎn)容器

參考資料

Camera
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從零開始打造一個Android 3D立體旋轉(zhuǎn)容器