3ds max 到 C++/DirectX 应用程序方向转换

Posted 2023-04-12

【中文标题】3ds max 到 C++/DirectX 应用程序方向转换

【英文标题】：3ds max to C++/DirectX application orientation conversion

【发布时间】：2016-12-21 18:58:50

【问题描述】：

我想将对象从 3ds max 导出到我的 C++/DirectX 应用程序，但我遇到了方向导出的问题。

3ds max 使用 右手 Z-up 坐标系，而我的应用程序使用 左手 Y-up 坐标系。我在整个问题中使用x, y, z, w 组件表示法。

我在 3ds max 中有 3 个骨骼（或任何其他分层对象）：

为了导出它们的方向，我使用 MaxScript：

if hasParent then
    localOrientation = boneNode.transform.rotationPart * inverse boneNode.parent.transform.rotationPart
else
    localOrientation = boneNode.transform.rotationPart 

我将此 localOrientation 保存到文件中：

BoneRoot no_parent 0.707107 0.0 0.0 0.707107 //stands for (-90, 0, 0) Euler rotation in 3ds max UI    
Bone001 BoneRoot 0.0 -0.382683 0.0 0.92388 //local orientation (parent space)
Bone002 Bone001 -0.353553 -0.612372 0.353553 -0.612372

我读到尽管 3ds max 使用右手坐标系，但它使用左手坐标系 transform.rotationPart。

我的问题是，现在如何将本地旋转从该文件转换到我的应用程序？也许我应该应用一些转换只到根骨骼？我已经尝试应用这对每个骨骼方向：

Quaternion convertFrom3dsMax(const Quaternion &input) 
auto q = input;
//swap Y and Z
auto temp = q.getZ();
q.setZ(q.getY());
q.setY(temp);

//invert
//q.setX(-q.getX());
q.setY(-q.getY());
q.setZ(-q.getZ());
q.setW(-q.getW());
return q;

还有许多其他交换轴、反转参数甚至保留所有内容的组合。 但是我导入的文件骨骼的每一个方向都是错误的。

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其他信息（如果需要）：

我的 3ds max 场景如下所示：

还有我的应用程序（对于我提出的convertFrom3dsMax 函数；不要专注于只是帮助的网格，看看代表骨骼的线条）： （例如，但不仅是，最后一根骨头是“向上”而不是“向下”）

当我没有对我的convertFrom3dsMax 中加载的 Quaterions 应用任何东西时，场景看起来是这样的： （例如，但不仅如此，中间骨骼是“从”而不是“到”屏幕）

请注意，我在应用程序中对 DirectX 使用左手操作（例如 XMMatrixLookAtLH(...)），并将 Y 视为“向上”。

应用中的旋转矩阵：

DirectX::XMMATRIX rotationMatrix = DirectX::XMMatrixRotationQuaternion(
    DirectX::XMVectorSet(
        object->global.getX(),
        object->global.getY(),
        object->global.getZ(),
        object->global.getW()
    )
);

全局方向是这样计算的：global = local * parent->global 其中local 是为文件中的每个骨骼加载的（在convertFrom3dsMax 的帮助下），operator* 定义为：

Quaternion operator* (const Quaternion by) const 
    //"R" for result
    float wR = w * by.getW() - x * by.getX() - y * by.getY() - z * by.getZ();
    float xR = x * by.getW() + w * by.getX() + y * by.getZ() - z * by.getY();
    float yR = y * by.getW() + w * by.getY() + z * by.getX() - x * by.getZ();
    float zR = z * by.getW() + w * by.getZ() + x * by.getY() - y * by.getX();
    return Quaternion(xR, yR, zR, wR);

我高度认为 convertFrom3dsMax 是我的问题的根源（而不是应用程序内部的四元数数学或 DirectX 调用）。

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对于位置，我使用boneNode.transform.pos 和：

Point3D convertFrom3dsMax(const Point3D &input) 
auto result = input;
    //swap Y and Z
auto tempZ = result.getZ();
result.setZ(result.getY());
result.setY(tempZ);
return result;

看起来恰到好处（每条线/骨骼的起始位置没问题，未旋转的辅助网格顶点的位置也没问题）。

【参考方案1】：

在 3DS 中使用 RH Z-Up，而您正在使用 LH Y up。最简单的做法是忽略您的 x 轴，因为它不会改变；只需将数据复制过来。您需要将 3DS 的 Up - Z 与 Y - Up 交换。这两个轴交换后，那么你需要做的是交换后的Z反转；这是因为 LH 系统 +z 从屏幕中向您走来。

例子：

RHS 中的 3DS Max 点为 [右 (+x)、上 (+z)、前 (+y)] 并且您的左手 [右 (+x)、上 (+y) 和前 (- z)]。因此，如果您在转换为 LHS 系统时在 RHS 系统中有一个顶点或点，例如 [3,4,5]，则该点现在应该是 [3,5,-4]。假设您的 LHS 中的 +Z 从屏幕上显示出来。

我认为您不必担心转换单个零件；我认为整个模型或其根变换节点都需要按照该约定进行转换。

所以它应该看起来像这样：

mat4 convertRHStoLHS( mat4 model ) 
    mat 4 newModel;
    newModel.x = model.x;   // Where X is X-Axis
    newModel.y = model.z;   //       Y is Y-Axis & Z is Z-Axis
    newModel.z = -model.y;  //       Z is Z-Axis & Y is Y-Axis

    return newModel;

其中 mat4 是模型空间中模型的模型变换矩阵。

【讨论】：

我真的不想将矩阵从 3ds max 导出到我的应用程序（文件）。我想保存一个方向（作为四元数），我知道它存储在object.transform.rotationPart 下。我的问题是将四元数从 3ds max 坐标系转换为我的。矩阵与四元数有点跑题了，我们只能说四元数有很强的优势，尤其是在骨骼和插值领域。是的，3ds max 确实使用 RHS，但是（正如我在问题中提到的）存储方向（作为四元数）的 transform.rotationPart 似乎在 LHS 中（尽管 3ds max UI 使用 RHS）。

我了解您现在的情况；但即使它是四元数而不是矩阵；您仍然可以将上面的函数建模为相同的函数，除了传递一个四元数并返回另一个模型，而不是传递一个 mat4 模型。我已经有一段时间没有使用 3DS 或 Maya 了。但原理还是一样的。它更多的是一个数学问题以及它们的操作方式。是的，您仍然需要交换 Y 和 Z 轴；但完成后您仍然必须反转它，否则由于 RHS 与 LHS 的差异，您的方向、平移和旋转将不正确。

您几乎可以将四元数视为一个矩阵。简而言之，它是 4D 空间的专用向量，因此它实际上是 1x4 或 4x1 矩阵。唯一的区别是他们的领域。它们的场不是物理位置的实际标量值或沿其平面轴距原点的距离，而是根据特定轴的旋转值，其中 w 分量是任意轴或假想平面轴.