在 OpenGL 中保持旋转

Posted 2023-02-16

【中文标题】在 OpenGL 中保持旋转

【英文标题】：Preserving rotations in OpenGL

【发布时间】：2010-10-01 02:34:01

【问题描述】：

我正在 OpenGL 中绘制一个对象（例如，一个立方体），用户可以通过在窗口上单击/拖动鼠标来旋转该对象。立方体是这样绘制的：

void CubeDrawingArea::redraw()
 
    Glib::RefPtr gl_drawable = get_gl_drawable();

    gl_drawable->gl_begin(get_gl_context());

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    glPushMatrix();
    
        glRotated(m_angle, m_rotAxis.x, m_rotAxis.y, m_rotAxis.z);
        glCallList(m_cubeID);
    
    glPopMatrix();

    gl_drawable->swap_buffers();

    gl_drawable->gl_end();

并用这个函数旋转：

bool CubeDrawingArea::on_motion_notify_event(GdkEventMotion* motion)

    if (!m_leftButtonDown)
        return true;

_3V cur_pos;
get_trackball_point((int) motion->x, (int) motion->y, cur_pos);

const double dx = cur_pos.x - m_lastTrackPoint.x;
const double dy = cur_pos.y - m_lastTrackPoint.y;
const double dz = cur_pos.z - m_lastTrackPoint.z;

if (dx || dy || dz)

    // Update angle, axis of rotation, and redraw

    m_angle = 90.0 * sqrt((dx * dx) + (dy * dy) + (dz * dz));

    // Axis of rotation comes from cross product of last / cur vectors
    m_rotAxis.x = (m_lastTrackPoint.y * cur_pos.z) - (m_lastTrackPoint.z * cur_pos.y);
    m_rotAxis.y = (m_lastTrackPoint.z * cur_pos.x) - (m_lastTrackPoint.x * cur_pos.z);
    m_rotAxis.z = (m_lastTrackPoint.x * cur_pos.y) - (m_lastTrackPoint.y * cur_pos.x);

    redraw();


return true;

里面有一些 GTK+ 的东西，但它的用途应该很明显。 get_trackball_point() 函数将窗口坐标 X Y 投影到一个半球（虚拟“轨迹球”）上，该半球用作旋转对象的参考点。无论如何，这或多或少是有效的，但是在我完成旋转后，我再次旋转时，立方体会迅速回到原来的位置，很明显，因为下次我旋转时 m_angle 将重置回接近 0。有没有办法避免这种情况并保持轮换？

【参考方案1】：

是的，我也遇到过这个问题。

您需要做的是围绕“累积”当前旋转状态的旋转矩阵，并在来自当前拖动操作的旋转矩阵之外使用它。

假设您有两个矩阵，lastRotMx 和 currRotMx。如果你愿意，可以让它们成为 CubeDrawingArea 的成员。

您还没有向我们展示这一点，但我假设只要鼠标按钮按下以进行拖动，m_lastTrackPoint 就会被初始化。发生这种情况时，将 currRotMx 复制到 lastRotMx。

然后在on_motion_notify_event()中，计算好m_rotAxis和m_angle后，根据m_rotAxis和m_angle新建一个旋转矩阵draggingRotMx；然后通过拖动RotMx乘以lastRotMx并将结果放入currRotMx。

最后，在redraw()，而不是

   glRotated(m_angle, m_rotAxis.x, m_rotAxis.y, m_rotAxis.z);

按 currRotMx 旋转。

更新：或者代替所有这些......我没有测试过这个，但我认为它会工作：

使 cur_pos 成为类成员，以便它保持不变，但它被初始化为零，m_lastTrackPoint 也是如此。 然后，每当开始新的拖动动作时，在初始化 m_lastTrackPoint 之前，让 _3V dpos = cur_pos - m_lastTrackPoint（伪代码）。 最后，当您根据鼠标事件坐标初始化 m_lastTrackPoint 时，从中减去 dpos。

这样，您的 cur_pos 已经从 m_lastTrackPoint 偏移了一个基于过去轨迹球拖动的偏移量累积的量。

错误也可能会累积，但应该是渐进的，以免引起注意。但我想对其进行测试以确保...组合轮换非常棘手，以至于我在没有看到它们的情况下不信任它们。

附：您的用户名令人沮丧。建议再选一个。

附言对于以后来寻找这个问题的答案的人来说，要搜索的关键字是“arcball rotation”。一篇权威文章是 Ken Shoemake 在Graphical Gems IV 中的部分。另请参阅arcball tutorial for JOGL。

【讨论】：

我真的不明白你的第一个建议是如何工作的。旋转角度仍然是当前拖动偏移量的函数，所以在这种情况下，我将使用不同的方法来旋转立方体，但之后，我会再次旋转，角度将接近于零，我又回到了原点。事实上，我确实执行了你的建议并得到了相同的结果。

至于您的第二个建议，我尝试了一些变化，我将当前轨迹球位置作为成员保持，在重绘之前设置 m_lastTrackPoint = 当前轨迹点，并删除对 glPushMatrix( ) 和重绘函数中的 glPopMatrix()。这可以防止它在我下次旋转时被“重置”，但现在在下一次旋转时，它在转换后的坐标系中旋转（我假设）所以我得到奇怪的结果......

@Bit: re: 第一条评论：旋转角度（在 redraw() 中）不仅仅是当前拖动偏移量的函数，而是累积的旋转和当前阻力偏移。开始拖动时是否将 currRotMx 保存到 lastRotMx 中，并在拖动时将 currRotMx 设置为 draggingRotMx 和 lastRotMx 的乘积？

@Bit: re: 2nd comment: 是的，我想我也试过你的变种，但没有用。正如你所说，它在转换后的坐标系中旋转，所以它不起作用。如您所知，轮换必须以正确的顺序组成。

@Bit：我的示例代码在huttar.net/lars-kathy/tmp/netwalk3D/netwalk3D.html；查看它加载的 js 文件。轨迹球旋转（累积）与早期版本的 WebGL 一起工作；现在可能行不通。但代码仍应更准确地传达方法。