31.相机：缩放时以鼠标点为中心

在三维软件中，‌以鼠标点为中心缩放可以做到保持聚焦点位置不变，达到视觉上的“中心点聚焦”。这种技术常用于电影镜头语言和游戏场景设计中，通过动态调整视角和物体大小，使用户始终关注特定区域。

31.1.思考和讨论

通常我们会通过鼠标滚轮事件实现场景缩放，而在场景中进行缩放时，会以相机当前的Position（也就是视点）为观察位置进行缩放，通过滚轮滑动的方向和幅度来更新相机的Zoom。

在不考虑鼠标位置进行缩放时，会以固定的Position进行观察，而仅仅改变Zoom的大小，这样会出现无论鼠标在场景中任何位置进行滚动，缩放行为都不会考虑鼠标位置，也就是不会考虑我们当前关注的位置。为了实现以鼠标点为中心的缩放，我们还需要更新相机的Position来实现聚焦点的“固定”，这也意味着我们需要同时更新viewMatrix和projectionMatrix。

在上述情景想象中，

• 观察矩阵viewMatrix没有任何变化（也就是观察空间中的效果没有变化）；
• 而由于Zoom的变化，透视平截头体的范围变小了，可见的场景空间变小了（近平面和远平面尺寸变小了）；
• (curPx,curPy)像素原本对应的场景位置（curScenePos）可能已经不在透视平截头体的范围内了，当然该像素现在对应到另一个场景位置（nextScenePos）了；

我们需要把(curPx,curPy)像素位置固定在对应的场景位置上，那么移动相机的Position就好了，让它靠近原本聚焦点（对应的场景位置）。是的，其实逻辑挺简单的，至于要移动多少？那就移动curScenePos - nextScenePos。

nextScenePos怎么计算？以相同的(curPx,curPy)和depth来计算场景空间坐标系对应位置就好了。

31.2.原理

我们先不考虑透视投影或者正交投影的概念（这和当前的逻辑原理没有什么关系）。在Zoom更新后，平截头体的范围变化了，(curPx,curPy)屏幕像素对应了新的场景位置（nextScenePos），我们只需要（通过平移Position）把这个位置“平移”到原本对应的场景位置（curScenePos），这样聚焦的目标就“固定”住了。

上图展示了缩放前后、Position平移前后的逻辑示意：

1. 缩放前鼠标像素位置对应一个场景空间位置curScenePos（为我们聚焦的位置）；
2. 放大后，curScenePos不可见了，而鼠标像素位置对应了另一个场景空间位置nextScenePos了；
3. 我们把Camera.Position移动(curScenePos - nextScenePos)向量，鼠标像素位置重新对应到了原本的curScenePos；
4. 这样就实现‌了保持聚焦点位置不变的以鼠标点为中心缩放。

31.3.关键代码

void ProcessMouseScroll(float yoffset)
{
    //  scale by the mouse hover point if it's pixes is valid
    QVector3D curPt;
    float depth;
    bool hoverValid = ViewerSetting::mouseScaleByCenter && GetScenePoint(ViewerSetting::currentMousePos[0], ViewerSetting::currentMousePos[1], curPt, depth);

    //  modify zoom
    float downValue = 1.0f;
    float upValue = 89.f/*45.0f*/;
    Zoom -= (float)yoffset;
    if (Zoom < downValue)
        Zoom = downValue;
    if (Zoom > upValue)
        Zoom = upValue;

    if (hoverValid)
    {
        //  cal point of current pixes
        QVector3D nextPt;
        GetScenePoint(ViewerSetting::currentMousePos[0], ViewerSetting::currentMousePos[1], depth, nextPt);

        //  move Position
        Position += (curPt - nextPt);
    }
}

31.4.效果

可在视频课程中观看效果：哔哩哔哩bilibili。