为啥我的矩阵旋转没有通过我学校的单元测试？

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥我的矩阵旋转没有通过我学校的单元测试？

【英文标题】：Why does my matrix rotation not pass my school's unit test?为什么我的矩阵旋转没有通过我学校的单元测试？

【发布时间】：2016-05-28 05:08:50

【问题描述】：

基本上，我们被要求为我的大学课程用 C++ 创建一个矩阵调用。

首先，我的类使用列主构造函数，但它把它放在内存行主中：

Matrix2::Matrix2(float R1C1, float R1C2, float R2C1, float R2C2)

    //Row major order.
    //Parameters written as column major (a normal matrix) but entered into memory as row major.
    matrix[0] = R1C1;
    matrix[1] = R2C1;
    matrix[2] = R1C2;
    matrix[3] = R2C2;

我认为这是单元测试所必需的。 如果未指定参数，则矩阵被定义为其单位矩阵。

所以，我用这个代码旋转我的矩阵：

void Matrix2::setRotateZ(float radians)

    (*this) = (*this)*Matrix2(  cosf(radians), -sinf(radians),
                                sinf(radians), cosf(radians));

我在 wikipedia 和我的 uni 讲座幻灯片上找到了此代码。而且它似乎与列主要矩阵一起使用（由于我的构造函数，这就是数据的输入方式）

还请注意，“setRotateZ”实际上应该是“rotateZ”，因为它会在多次调用时累积旋转。

我的乘法重载是这样的：

Matrix2 Matrix2::operator*(Matrix2& o)

    Matrix2 newMatrix(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

    newMatrix.matrix[0] = matrix[0] * o.matrix[0] + matrix[2] * o.matrix[1];
    newMatrix.matrix[2] = matrix[0] * o.matrix[2] + matrix[2] * o.matrix[3];
    newMatrix.matrix[1] = matrix[1] * o.matrix[0] + matrix[3] * o.matrix[1];
    newMatrix.matrix[3] = matrix[1] * o.matrix[2] + matrix[3] * o.matrix[3];

    return newMatrix;

它只是像普通矩阵一样相乘（假设它是行主要的，0 是 R1C1，1 是 R2C1 等）

差不多了，如果我交换：

-sinf(radians)

和

sinf(radians)

在我上面的 setRotateZ 函数中，一切正常，矩阵通过了所有测试，包括乘法、旋转和加法。

但是，正如现在所示，矩阵无法旋转。

据我所知，交换符号函数应该只适用于行主矩阵，但因为我在构造函数中交换了它，所以将它作为列主矩阵输入应该可以。

我做错了什么？这让我很烦恼，即使我已经通过交换值让它工作了，我想知道发生了什么。

我几乎是一个矩阵新手，所以我们将不胜感激！

注意：单元测试通过将操作结果与它们应该评估的结果进行比较来工作。

【问题讨论】：

是时候学习如何使用编译器工具集附带的调试器了。

所以这是一个错误，而不是对矩阵如何工作的误解？

所以我认为您从未使用过调试器？调试器允许您单步执行程序以确定它与您计划的方法相悖的地方。

谢谢，我之前已经试过调试了，我会继续努力的。我主要只是不知道我在寻找什么，因为我不完全理解矩阵是如何工作的，这就是为什么我认为这可能是一个概念问题而不是代码问题。我想在这种情况下我不应该在这里发布这个问题。我的课程似乎按照我的预测进行，但我会继续寻找。

【参考方案1】：

首先，我的类使用列主构造函数，但它放置 它在内存行专业

好吧，您发布的代码显示完全相反 (wiki)：

Matrix2(float R1C1, float R1C2, float R2C1, float R2C2)
// this ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ is ROW major!

    matrix[0] = R1C1;
    matrix[1] = R2C1;  // <-- this is COLUMN major!
    matrix[2] = R1C2;  // <--
    matrix[3] = R2C2;

此外，为了应用旋转（数学是正确的），您必须在执行相反操作时将旋转矩阵乘以另一个矩阵。

【讨论】：

谢谢。我实际上对我正在做的乘法顺序有疑问。意思是说它之前工作的原因，是因为太多的东西不合适，导致结果是正确的……

查看我的 uni 进行的单元测试中的代码，我意识到，他们不会将结果与预先计算的值进行比较，而是用预先计算的值创建一个新矩阵- 使用我的矩阵构造函数计算其中的值，这意味着在输入时切换专业以使其更易于阅读，实际上破坏了单元测试......所以这是主要问题。

@killerloader 不客气。很高兴你解决了这个问题。

我才意识到。相乘 (transformation)*(this) 进行全局变换，并且 (this)*(transformation) 相对于矩阵的旋转在局部进行。这是正确的，还是我还有什么倒退的地方？

@killerloader 这是 OpenGL 的一个问题（是的，主要的专栏是一个大线索）专家（我不是），但是我能回忆起什么（小），通常是所有的转换（旋转，平移，缩放...）通过以正确的顺序乘以相对矩阵（它们有一堆...）来“预先计算”，然后应用于当前向量。要从某个中心旋转某个角度，您应该平移到原点，旋转然后平移回来。