無法移動視圖矩陣和方向視圖矩陣同時指向

Question

當我在場景中移動時（不移動我的“頭”，這是我的視圖矩陣指向的地方），一切正常。 當我一動不動地環顧四周時，一切正常。 但是當我將兩者結合起來時，我的頭腦（視圖矩陣）開始變得瘋狂。 我假設問題出在我的數學/邏輯中，但我無法弄清楚。

這是我的代碼（當然是簡化的）：

#define MOVE_DISTANCE 0.15f
#define LOOK_SENSITIVITY 0.01f

static GLFWwindow* window;

static glm::mat4 viewMatrix;
static glm::vec3 look_at;


static void mouseCallback(GLFWwindow* window, double x, double y){
  static double prev_x = 0;
  static double prev_y = 0;
  static float pitch = 0, yaw = 0;

  pitch += (y-prev_y) * LOOK_SENSITIVITY;
  yaw += (x-prev_x) * LOOK_SENSITIVITY;

  if(pitch > 89){
    pitch = 89;
  }
    if(pitch < -89){
      pitch = -89;
  }

  look_at = glm::vec3(cos(yaw)*cos(pitch), sin(pitch), sin(yaw)*cos(pitch) - 1.0f);

  prev_x = x;
  prev_y = y;
}

int main(){
  window = glfwCreateWindow(800, 600, "OpenGL", NULL, NULL); //I left the rest of the initialization out

  glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);
  glfwSetCursorPosCallback(window, mouseCallback);

  look_at = glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f);
  glm::vec3 position(0.0f, 0.0f, 0.0f);

  glm::mat4 projectionMatrix = glm::perspective(45.0f, (float) 800/600, 0.1f, 100.0f); //fov, screen aspect ratio, near render distance, far render distance (z axis)
  glm::mat4 modelMatrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, -5.0f));
  viewMatrix = glm::lookAt(position, look_at, glm::vec3(0, 1, 0));


  while(!glfwWindowShouldClose(window)){
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS){
      position.z -= MOVE_DISTANCE;
      look_at.z -= MOVE_DISTANCE;
    }
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS){
      position.z += MOVE_DISTANCE;
      look_at.z += MOVE_DISTANCE;
    }
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS){
      position.x += MOVE_DISTANCE;
      look_at.x += MOVE_DISTANCE;
    }
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS){
      position.x -= MOVE_DISTANCE;
      look_at.x -= MOVE_DISTANCE;
    }
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_PRESS){ //FLy up
      position.y += MOVE_DISTANCE;
      look_at.y += MOVE_DISTANCE;
    }
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_LEFT_CONTROL) == GLFW_PRESS){ //Fly down
      position.y -= MOVE_DISTANCE;
      look_at.y -= MOVE_DISTANCE;
    }

    viewMatrix = glm::lookAt(position, look_at+position, glm::vec3(0, 1, 0));

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    glDrawElements(GL_TRIANGLES, NUM_OF_INDICES, GL_UNSIGNED_BYTE, 0);

    glfwSwapBuffers(window);
    glfwPollEvents();
  }
}

每當我在移動鼠標的同時四處移動時，事情就會失控，我的頭（我的視圖矩陣指向的方向）開始四處晃動。 我知道這項運動不受我所關注的方向的影響。我計划在未來的某個時候實施。

有人可以幫我解決我的錯誤嗎？

Answer 1

您的問題是，無論您在哪里看，按W總是會從您的世界空間position.z坐標中減去MOVE_DISTANCE ，即使“向前”或“向后”移動不一定意味着“沿着世界的 Z 軸移動”。

因此，您必須確定“向前”（為了向前和向后移動）以及“向右”（或“向左”）和“向上”或“向下”的軸。 當您希望 SPACE 和 CTRL 始終沿世界的 Y 軸向上/向下移動時，后者可能不是必需的。

對於其他兩個軸，當您有任意視圖矩陣m （例如通過glm::lookAt構建的矩陣）時，您可以輕松地從中提取right 、 up和forward向量，如下所示：

#include <glm/gtc/matrix_access.hpp>
...
glm::vec4 right(glm::row(m, 0));
glm::vec4 up(glm::row(m, 1));
glm::vec4 forward(-glm::row(m, 2));

就像上面評論中的@3Dave 一樣，您已經知道“前向”在哪里，因為您正在自己操作該向量並從中計算外觀轉換，因此您可以省略它。

現在，當您想向左/向右移動時，您在世界空間position中減去/ right移動，其他軸也是如此。

另一件不正確的事情是，當您使用鍵盤鍵移動時，您還會從look_at方向添加/減去。 這是錯誤的，因為您的look_at向量是一個方向，並且在為glm::lookAt調用計算 arguments 時已經將其用作方向向量。

將所有這些合並到您的代碼中（以及一些輕微的重構），將導致以下 while 循環：

while (!glfwWindowShouldClose(window)) {
  glm::vec3 right(glm::row(viewMatrix, 0)),
            up(glm::row(viewMatrix, 1)),
            forward(-glm::row(viewMatrix, 2));
  glm::vec3 v(0, 0, 0);
  if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
    v += forward;
  if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
    v -= forward;
  if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
    v += right;
  if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
    v -= right;
  position += v * MOVE_DISTANCE;
  viewMatrix = glm::lookAt(position, position + look_at, glm::vec3(0, 1, 0));
}