GLM四元数反向偏航

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【中文标题】GLM四元数反向偏航【英文标题】:GLM quaternion reversed yaw 【发布时间】:2019-03-03 20:18:25 【问题描述】:

我正在使用 OpenGL 和 GLM 构建一个玩具 3D 引擎。我的轴系是右手系,X 向右,Y 向上,Z 向后。

实体的变换由 3D 向量和 GLM 的四元数之一组成。物理模拟是二维的,所以实体的速度是一个二维向量(Y 上没有速度,只有 XZ,地平面)。类似地,角速度只围绕 Y 轴(偏航)。

// Properly integrate the change in velocities
auto deltaPos = (physics->velocity + physics->lastVelocity) * 0.5f * deltaTime;
auto deltaYaw = (physics->yawVelocity + physics->lastYawVelocity) * 0.5f * deltaTime;
// Apply the velocities
transform->position += glm::vec3 deltaPos.x, 0, deltaPos.y * transform->orientation
transform->orientation = glm::quat(glm::vec3 0, deltaYaw, 0) * transform->orientation;

我正在使用自上而下的相机渲染世界,将方向转换为 4x4 矩阵,将其(以正确的顺序)乘以比例和平移矩阵:

glm::mat4x4 transformMat =
        glm::translate(transform->position) *
        glm::mat4x4(transform->orientation) *
        glm::scale(glm::vec3 size.x, 1.0f, size.y);

.. 并将其发送到着色器,在那里它与点坐标以及投影和视图矩阵相乘:

// projView is projection * view
gl_Position = projView * transform * vec4(vertPosition.xyz, 1.0);

然而,虽然这段代码看起来很简单,但对象的偏航似乎有时会翻转。当一个对象向左转时,它开始在世界中向左移动(position += deltaPosition * orientation 行正常工作),但它被渲染为向右旋转,但向左移动。这是一个示例图像:

似乎四元数的表示,或者至少是它的四元数 - 矩阵转换,否定了旋转的偏航“分量”,就像 Y 向下而不是向上一样。然而,当一个向量被那个四元数旋转时,它似乎表现得很好,就像 Y 向上一样。有趣的是,代码的另一部分(处理车辆的转弯)似乎只有在四元数通过 -yaw 而不是 yaw 旋转时才能正常工作。 (渲染问题仍然存在)。

有什么解释或方法可以解决这个问题吗?

【问题讨论】:

你为什么要通过方向来旋转速度?它是否存储在对象的本地坐标系中?此外,代码vector * quaternion 是 glm 中的有效四元数转换吗?通常,您使用quaternion * vector * quaternion^-1,其中vector 是四元化向量。 谢谢,vector * quaternion 行实际上是在执行旋转(它似乎是某种 GLM 符号),但它是按四元数^-1 旋转的,这导致了所有问题旋转。 【参考方案1】:

原来我错误地应用了四元数: 在这一行:

transform->position += glm::vec3 deltaPos.x, 0, deltaPos.y * transform->orientation

GLM 中的乘法定义实际上是将向量旋转四元数的倒数。正确的行是:

transform->position += transform->orientation * glm::vec3 deltaPos.x, 0, deltaPos.y;

感谢 Nico Schertler 将我的注意力引向正确的方向。

【讨论】:

以上是关于GLM四元数反向偏航的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

使用四元数计算 iphone 的偏航、俯仰和滚动?

如何理解glm中四元数与向量相乘函数的写法

glm::quatLookAt 返回一个 NaN 四元数

欧拉角到四元数然后四元数到欧拉角

glm 在 Y 轴上旋转四元数使物体变形

当提供轴和四元数时,我如何获得 GLM 的角度?