尝试在 3D 空间中旋转 2D 形状时出现问题

Posted 2023-02-16

【中文标题】尝试在 3D 空间中旋转 2D 形状时出现问题

【英文标题】：Problem when trying to rotate a 2D shape in a 3D space

【发布时间】：2020-09-20 00:31:45

【问题描述】：

我正在开发批处理渲染器，但在为 2D 形状（如矩形或三角形）实现旋转功能时遇到了麻烦。我使用 Vertex*（下面的结构 Vertex 代码）来存储位置和颜色值，效果很好，直到我开始旋转。

struct Vertex

    glm::vec3 position;
    glm::vec4 color;
;

我尝试制作一个 mat4 并相应地使用相应的旋转功能，当我在着色器中设置模型视图投影时效果很好，但是将数据转换为顶点不起作用并且非常滞后。因此，我认为我使用了一些我在网上找到的数学，但我画的正方形有时会被拉伸到矩形并且位置是关闭的。我现在投入了很多时间并尝试了不同的东西，但没有任何效果。这就是为什么我希望有人可以在我的代码中找到一个明显的错误，或者将我引导到一个很好的来源，在那里我可以阅读有关该主题的内容（我发现的内容要么与我的目的无关，要么难以理解）。

这是我总结的代码，我尽量保持简短：

void rotateX(float angle) 

    yr = yr * cos(angle) - zr * sin(angle);
    zr = zr * cos(angle) + yr * sin(angle);


void rotateY(float angle)

    xr = xr * cos(angle) - zr * sin(angle);
    zr = zr * cos(angle) + xr * sin(angle);


void rotateZ(float angle)

    xr = xr * cos(angle) - yr * sin(angle);
    yr = yr * cos(angle) + xr * sin(angle);


std::array<Vertex, 4> createQuad(glm::vec3 pos, glm::vec3 rotation, glm::vec4 rgba)

    float xr = 1.0f;
    float yr = 1.0f;
    float zr = 1.0f;

    rotateX(rotation.x);
    rotateY(rotation.y);
    rotateZ(rotation.z);

    Vertex v0;
    v0.position = glm::vec3(pos.x,      pos.y + yr, pos.z);
    v0.color = rgba;

    Vertex v1;
    v1.position = glm::vec3(pos.x + xr, pos.y + yr, pos.z);
    v1.color = rgba;

    Vertex v2;
    v2.position = glm::vec3(pos.x + xr, pos.y, pos.z + zr);
    v2.color = rgba;

    Vertex v3;
    v3.position = glm::vec3(pos.x,      pos.y, pos.z + zr);
    v3.color = rgba;

    return  v0, v1, v2, v3 ;

其他说明：

当我删除 rotate() 和 '+ yr' 时，代码工作正常。 我不是 100% 确定“+ yr”，但我不知道如何绕 y 轴旋转。 使用 '[][]' 访问 mat4 的元素并没有给我正确的值，而且由于某种原因它真的很滞后。这就是为什么我尽可能避免这种情况并使用原始数学。

我现在要睡觉了，太晚了，我头疼……希望我的问题不是太愚蠢或太愚蠢，在那种情况下，我很抱歉打扰你。提前感谢您的帮助！

【问题讨论】：

你想让createQuad做什么？创建一个矩形？创建一个正方形？您希望创建的东西以pos 为中心，还是以pos 为一个顶点或什么？你有你给它的输入和你想要的输出的例子吗？

“当我在着色器中设置模型视图投影时效果很好，但是将数据转换为顶点不起作用[...]” - 为什么你想这样做吗？你在哪里应用投影矩阵？为什么不直接将向量乘以矩阵？

@Beta，我希望 createQuad 在 glm::vec3 pos 的位置创建一个正方形。然后可以轻松地将我返回的四个“struct Vertex”添加到 Vertex*，我通过 glBufferSubData 将其提供给 GPU。现在，我不在乎它是围绕中心还是在一个顶点旋转。输入，其中 x、y 或 z 轴的主要角度为 45 度，但将正方形拉伸为矩形。此外，围绕 y 轴的旋转根本不起作用。我想要的输出是围绕相应轴旋转的正方形。

@Rabbid76 我想从矩阵中获取数据，所以我可以用它创建一个“结构顶点”。这样我就可以将它们添加到我的 Vertex* 中，然后轻松地将它们发送到 GPU。我在着色器中设置投影和视图矩阵，因为它们不会改变。后来我希望顶点的位置改变但仍然被批处理，这就是为什么我直接把它们交给 GPU。要更改之前的位置，我更改了着色器中的矩阵并进行了另一个绘制调用，这让延迟。

@jediknightcode 我不明白你所说的 “我想从矩阵中获取数据，所以我可以用它创建一个“结构顶点”。” .为什么要在 CPU 而不是 GPU 上进行模型转换？无论如何，您在设置投影矩阵时是否注意纵横比（矩形视口）。

【参考方案1】：

首先，更改您的 rotate 函数以接受向量作为参数，而不是将旋转应用于全局变量（或其他任何变量）。

然后不是一个向量：

r = 1, 1, 1

使用两个：

r = 1, 0, 0
s = 0, 1, 0

旋转它们（使用相同的角度参数），然后构造正方形。 （我不知道glm::vec3的语法，但这是简单的向量加法）：

Vertex v0 = pos;

Vertex v1 = pos + r;

Vertex v2 = pos + r + s;

Vertex v3 = pos + s;

【讨论】：

感谢@Beta 的帮助，我对轮换的理解和我的实施存在缺陷。您的回答很好地解决了这个问题！当给这个函数它的旋转变量时，我也混合了度数和弧度。希望你有一个愉快的一天！