使用Quaternion问题的C ++ OpenGl Camera旋转

Posted 2021-03-30

我在为相机实现四元数时遇到问题。我在OpenGL中创建了一个3D太空射击游戏，我需要避免万向节锁定。如果我只在一个轴上旋转它的罚款，但是一旦我应用了俯仰和偏航它们就会产生奇怪的行为。我的旋转角度是使用我的鼠标输入。

在这里，我计算我的ViewMatrix及其每帧更新

Matrix4x4 camera::GetViewMat()
{
    m_rotation.AddX((oInput.MousePosition.GetY() - oInput.PrevMousePosition.GetY()) * m_sensitivity * dt);
    m_rotation.AddY((oInput.MousePosition.GetX() - oInput.PrevMousePosition.GetX()) * -m_sensitivity * dt);

    Matrix4x4 oTranslateOrigin, oRotate, oView;
    oView.SetIdentity();

    //constructor creates a quaternion from an AxisAngle, the constructor will be shown below
    Quaternions pitch = Quaternions(m_rotation.GetX() * Utility::DegToRad(), Vector3(1, 0, 0));
    Quaternions yaw = Quaternions(m_rotation.GetY() * Utility::DegToRad(), Vector3(0, 1, 0));

    //update orientation with the new quaternion times its current orientation
    ori = ori * yaw * pitch;

    //convert quaternion to matrix, also shown below
    oRotate = ori.ToMatrix();
    oTranslateOrigin.BuildTranslate(-m_camPosition.GetX(), -m_camPosition.GetY(), -m_camPosition.GetZ());

    oView = oRotate * oTranslateOrigin;

    return oView;
}

初始化ProjectionMatrix

Matrix4x4 camera::GetProjMat(float fFieldOfViewY, float fAspectRatio, float fNearZ, float fFarZ)
{
    // Transposed version of D3DXMatrixPerspectiveFovRH
    float fYScale = 1 / tanf( fFieldOfViewY / 2.0f );
    float fXScale = fYScale / fAspectRatio;
    memset( &m_projMat, 0, sizeof( Matrix4x4 ) );
    m_projMat.Set(0, 0, fXScale);
    m_projMat.Set(1, 1, fYScale);
    m_projMat.Set(2, 2, fFarZ / ( fNearZ - fFarZ ));
    m_projMat.Set(2, 3, ( fNearZ * fFarZ ) / ( fNearZ - fFarZ ));
    m_projMat.Set(3, 2, -1.0f);
    return m_projMat;
   }

这是为AxisAngle创建四元数的构造函数之一

Quaternions::Quaternions(float angle, Vector3& axis)
{
    FromAxisAngle(angle, axis);
}

void Quaternions::FromAxisAngle(float angle, Vector3& axis)
{
    float halfAngle = angle * ((float)PI/360.0f);
    float sin = sinf(halfAngle);

    this->w = cosf(halfAngle);
    this->x = axis.GetX() * sin;
    this->y = axis.GetY() * sin;
    this->z = axis.GetZ() * sin;
}

Matrix4x4 Quaternions::ToMatrix()
{
    Normalize();
    Matrix4x4 mat;
    mat.SetIdentity();

    mat.Set(0, 0, 1.0f - 2*(this->y * this->y) - 2*(this->z * this->z));
    mat.Set(0, 1, 2*(this->x*this->y) - 2*(this->w*this->z));
    mat.Set(0, 2, 2*(this->x * this->z) + 2*(this->w * this->y));

    mat.Set(1, 0, 2*(this->x * this->y) + 2*(this->w * this->z));
    mat.Set(1, 1, 1.0f - 2*(this->x * this->x) - 2*(this->z * this->z));
    mat.Set(1, 2, 2*(this->y * this->z) - 2*(this->w * this->x));

    mat.Set(2, 0, 2*(this->x * this->z) - 2*(this->w * this->y));
    mat.Set(2, 1, 2*(this->y * this->z) + 2*(this->w * this->x));
    mat.Set(2, 2, 1.0f - 2*(this->x * this->x) - 2*(this->y * this->y));

    return mat;
}

这就是我正在做的事情。

你们能带领我朝着正确的方向前进吗？

答案

是因为这条线：

ori = ori * yaw * pitch;

订单错了吗？

您始终可以使用openGL功能旋转相机矩阵。只需确保堆栈上有相机矩阵。

glRotate(angle, 1, 0, 0);
glRotate(angle, 0, 1, 0);

您可以使用此功能查看一个点：

void gluLookAt( GLdouble eyeX , GLdouble eyeY , GLdouble eyeZ , 
                GLdouble centerX , GLdouble centerY , GLdouble centerZ , 
                GLdouble upX , GLdouble upY , GLdouble upZ );

您需要眼睛位置，目标（中心）位置和相机向上矢量的位置。

另一答案

好的，这是你想要做的，以避免使用四元数的gimble锁。另外，我还提供了一些Opengl特定代码，以帮助您找到正确的方向。首先，我要将键映射到旋转。

W - Pitch up(x rot)
S - Pitch down(x rot)
A - Yaw left(y rot)
D - Yaw Right(y rot)
Q - Roll left(z rot)
E - Roll right(z rot)

所有你想要的是按下它们时调用正确的旋转。因此，例如用户按下W，我们需要做的就是创建一个四元数，用于围绕x旋转1度。使用您的四元数类执行此操作：

a = EulerToQuat(angle,0,0);
cameraOri = cameraOri * a;

显然对其他控件也一样！您需要做的最后一步是使用Opengl中的旋转命令正确旋转世界。我们这样做的方式很好且易于阅读，我们将四元数转换为角度和轴。（希望你的四元数类可以做到这一点！）然后继续使用它做一个glRotate！

m_frustumCamera->getQuat().GetAxisAngle(axis,angle);
angle = (float)(angle * radToDeg);  
glRotatef(angle,axis.x,axis.y,axis.z);  
glTranslatef(-1*m_frustumCamera->getPos().x,-1*m_frustumCamera->getPos().y,-1*m_frustumCamera->getPos().z);

如果您没有工作的四元数类，我建议：http://www.wolframalpha.com/以确保您的所有函数都给出正确的响应！