# Matrix-Camera
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本篇依旧属于Matrix，主要讲解Camera，Android下有很多相机应用，其中的美颜相机更是不少，不过今天这个Camera可不是我们平时拍照的那个相机，而是graphic包下的Camera，专业给Matrix拍照的相机，不过既然是相机，作用都是类似的，主要是将3D的内容拍扁变成2D的内容。
众所周知，我们的手机屏幕是一个2D的平面，所以也没办法直接显示3D的信息，因此我们看到的所有3D效果都是3D在2D平面的投影而已，而本文中的Camera主要作用就是这个，将3D信息转换为2D平面上的投影，实际上这个类更像是一个操作Matrix的工具类，使用Camera和Matrix可以在不使用OpenGL的情况下制作出简单的3D效果。
## Camera常用方法表
| 方法类别 | 相关API | 简介 |
| ---- | ---------------------------------------- | -------------- |
| 基本方法 | save、restore | 保存、 回滚 |
| 常用方法 | getMatrix、applyToCanvas | 获取Matrix、应用到画布 |
| 平移 | translate | 位移 |
| 旋转 | rotat (API 12)、rotateX、rotateY、rotateZ | 各种旋转 |
| 相机位置 | setLocation (API 12)、getLocationX (API 16)、getLocationY (API 16)、getLocationZ (API 16) | 设置与获取相机位置 |
> Camera的方法并不是特别多，很多内容与之前的讲解的Canvas和Matrix类似，不过又稍有不同，之前的画布操作和Matrix主要是作用于2D空间，而Camera则主要作用于3D空间。
## 基础概念
在具体讲解方法之前，先补充几个基础概念，以便于后面理解。
#### 3D坐标系
我们Camera使用的3维坐标系是**左手坐标系，即左手手臂指向x轴正方向，四指弯曲指向y轴正方向，此时展开大拇指指向的方向是z轴正方向**。
> 至于为什么要用左手坐标系呢？~~大概是因为赶工的时候右手不方便比划吧，大雾。~~实际上不同平台上使用的坐标系也有不同，有的是左手，有的是右手，貌似并没有统一的标准，只需要记住 Android 平台上面使用的是左手坐标系即可。
**2D 和 3D 坐标是通过Matrix关联起来的，所以你可以认为两者是同一个坐标系，但又有差别，重点就是y轴方向不同。**
| 坐标系 | 2D坐标系 | 3D坐标系 |
| ------- | :---: | :----: |
| 原点默认位置 | 左上角 | 左上角 |
| X 轴默认方向 | 右 | 右 |
| Y 轴默认方向 | 下 | 上 |
| Z 轴默认方向 | 无 | 垂直屏幕向内 |
3D坐标系在屏幕中各个坐标轴默认方向展示:
> 注意y轴默认方向是向上，而2D则是向下，另外本图不代表3D坐标系实际位置。
#### 三维投影
> **三维投影**是将三维空间中的点映射到二维平面上的方法。由于目前绝大多数图形数据的显示方式仍是二维的，因此三维投影的应用相当广泛，尤其是在计算机图形学，工程学和工程制图中。
三维投影一般有两种，**正交投影** 和 **透视投影**。
* 正交投影就是我们数学上学过的 "正视图、正视图、侧视图、俯视图" 这些东西。
* 透视投影则更像拍照片，符合**近大远小**的关系，有立体感，**我们此处使用的就是透视投影。**
#### 摄像机
如果你学过Unity，那么你对摄像机这一个概念应该会有比较透彻的理解。在一个虚拟的3D的立体空间中，由于我们无法直接用眼睛去观察这一个空间，所以要借助摄像机采集信息，制成2D影像供我们观察。简单来说，**摄像机就是我们观察虚拟3D空间的眼睛**。
**Android 上面观察View的摄像机默认位置在屏幕左上角，而且是距屏幕有一段距离的，假设灰色部分是手机屏幕，白色是上面的一个View，摄像机位置看起来大致就是下面这样子的(为了更好的展示摄像机的位置，做了一个空间转换效果的动图)。**
> 摄像机的位置默认是 (0, 0, -576)。其中 -576＝ -8 x 72，虽然官方文档说距离屏幕的距离是 -8, 但经过测试实际距离是 -576 像素，当距离为 -10 的时候，实际距离为 -720 像素。不过这个数值72我也不明白是什么东西，我使用了3款手机测试，屏幕大小和像素密度均不同，但结果都是一样的，知道的小伙伴可以告诉我一声。
## 基本方法
基本方法就有两个`save` 和`restore`，主要作用为`保存当前状态和恢复到上一次保存的状态`，通常成对使用，常用格式如下:
```java
camera.save(); // 保存状态
... // 具体操作
camera.retore(); // 回滚状态
```
## 常用方法
这两个方法是Camera中最基础也是最常用的方法。
#### getMatrix
```java
void getMatrix (Matrix matrix)
```
计算当前状态下矩阵对应的状态，并将计算后的矩阵赋值给参数matrix。
#### applyToCanvas
```java
void applyToCanvas (Canvas canvas)
```
计算当前状态下单矩阵对应的状态，并将计算后的矩阵应用到指定的canvas上。
## 平移
> **声明：以下示例中 Matrix 的平移均使用 postTranslate 来演示，实际情况中使用set、pre 或 post 需要视情况而定。**
```java
void translate (float x, float y, float z)
```
和2D平移类似，只不过是多出来了一个维度，从只能在2D平面上平移到在3D空间内平移，不过，此处仍有几个要点需要重点对待。
#### 沿x轴平移
``` java
camera.translate(x, 0, 0);
matrix.postTranslate(x, 0);
```
两者x轴同向，所以 Camera 和 Matrix 在沿x轴平移上是一致的。
**结论:**
一致是指平移方向和平移距离一致，在默认情况下，上面两种均可以让坐标系向右移动x个单位。
#### 沿y轴平移
这个就有点意思了，两个坐标系相互关联，但是两者的y轴方向是相反的，很容易把人搞迷糊。你可以这么玩:
```java
Camera camera = new Camera();
camera.translate(0, 100, 0); // camera - 沿y轴正方向平移100像素
Matrix matrix = new Matrix();
camera.getMatrix(matrix);
matrix.postTranslate(0,100); // matrix - 沿y轴正方向平移100像素
Log.i(TAG, "Matrix: "+matrix.toShortString());
```
在上面这种写法，虽然用了5行代码，但是效果却和 `Matrix matrix = new Matrix();` 一样，结果都是单位矩阵。而且看起来貌似没有啥问题，毕竟两次平移都是正向100。(~~如果遇见不懂技术的领导嫌你写代码量少，你可以这样多写几遍，反正一般人是看不出问题的。~~)
```
Matrix: [1.0, 0.0, 0.0][0.0, 1.0, 0.0][0.0, 0.0, 1.0]
```
**结论:**
由于两者y轴相反，所以 `camera.translate(0, -y, 0);` 与 `matrix.postTranslate(0, y);`平移方向和距离一致，在默认情况下，这两种方法均可以让坐标系向下移动y个单位。
#### 沿z轴平移
这个不仅有趣，还容易蒙逼，上面两种情况再怎么闹腾也只是在2D平面上，而z轴的出现则让其有了空间感。
**当View和摄像机在同一条直线上时:** 此时沿z轴平移相当于缩放的效果，缩放中心为摄像机所在(x, y)坐标，当View接近摄像机时，看起来会变大，远离摄像机时，看起来会变小，**近大远小**。
**当View和摄像机不在同一条直线上时:** 当View远离摄像机的时候，View在缩小的同时也在不断接近摄像机在屏幕投影位置(通常情况下为Z轴，在平面上表现为接近坐标原点)。相反，当View接近摄像机的时候，View在放大的同时会远离摄像机在屏幕投影位置。
我知道，这样说你们肯定是蒙逼的，话说为啥远离摄像机的时候会接近摄像机在屏幕投影位置(´･_･`)，肯定觉得我在逗你们玩，完全是前后矛盾，逻辑都不通，不过这个在这里的确是不矛盾的，因为远离是在3D空间里的情况，而接近只是在2D空间的投影，看下图。
> 假设大矩形是手机屏幕，白色小矩形是View，摄像机位于屏幕左上角，请注意上面View与摄像机的距离以及下方View的大小以及距离左上角(摄像机在屏幕投影位置)的距离。
至于为什么会这样，因为我们人眼视觉就是这样的，当我们看向远方的时候，视线最终都会消失在视平线上，如果你站在两条平行线中间，看起来它们会在远方(视平线上)相交，虽然在3D空间上两者距离不变，但在2D投影上却是越来越接近，如下图(图片来自网络):
**结论:**
关于3D效果的平移说起来比较麻烦，但你可以自己实际的体验一下，毕竟我们是生活在3D空间的，拿一张纸片来模拟View，用眼睛当做摄像机，在眼前来回移动纸片，多试几次大致就明白是怎么回事了。
| 平移 | 重点内容 |
| :--: | ----------- |
| x轴 | 2D 和 3D 相同。 |
| y轴 | 2D 和 3D 相反。 |
| z轴 | 近大远小、视线相交。 |
## 旋转
旋转是Camera制作3D效果的核心，不过它制作出来的并不能算是真正的3D，而是伪3D，因为View是没有厚度的。
```java
// (API 12) 可以控制View同时绕x，y，z轴旋转，可以由下面几种方法复合而来。
void rotate (float x, float y, float z);
// 控制View绕单个坐标轴旋转
void rotateX (float deg);
void rotateY (float deg);
void rotateZ (float deg);
```
这个东西说理论也不好理解，直接上图:
## 核心要点
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