OpenGL矩陣相機控件，局部旋轉無法正常運行

Question

因此，我試圖找出如何手動創建一個相機類的方法，該類創建用於相機轉換的本地框架。 我已經基於OpenGL SuperBible的GLFrame類創建了一個播放器對象。

我將鍵盤鍵映射到MoveUp，MoveRight和MoveForward函數，將水平和垂直鼠標移動映射到xRot變量和rotateLocalY函數。 這樣做是為了創建FPS樣式的相機。

但是問題出在RotateLocalY中。 平移效果很好，鼠標的垂直移動也可以，但是水平移動以一種怪異的方式將我的所有對象縮小或放大。 除了縮放外，旋轉似乎還將自身限制為180度，並繞世界原點（0.0）旋轉，而不是玩家的本地位置。

我發現縮放與矢量歸一化有關，但是GLframe類（我用作參考）從未對任何矢量進行歸一化，並且該類工作得很好。 對我的大多數矢量進行規范化只能解決縮放問題，而所有其他問題仍然存在，因此我想知道一段代碼會導致所有這些問題嗎？

我似乎無法弄清楚問題出在哪里，我將在此處張貼所有適當的代碼和屏幕快照以顯示縮放比例。

玩家對象

Player::Player()
{
    location[0] = 0.0f; location[1] = 0.0f; location[2] = 0.0f;
    up[0] = 0.0f; up[1] = 1.0f; up[2] = 0.0f;
    forward[0] = 0.0f; forward[1] = 0.0f; forward[2] = -1.0f;
}

// Does all the camera transformation. Should be called before scene rendering!
void Player::ApplyTransform()
{
    M3DMatrix44f cameraMatrix;
    this->getTransformationMatrix(cameraMatrix);

    glRotatef(xAngle, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    glMultMatrixf(cameraMatrix);
}

void Player::MoveForward(GLfloat delta)
{
    location[0] += forward[0] * delta;
    location[1] += forward[1] * delta;
    location[2] += forward[2] * delta;
}

void Player::MoveUp(GLfloat delta)
{
    location[0] += up[0] * delta;
    location[1] += up[1] * delta;
    location[2] += up[2] * delta;
}

void Player::MoveRight(GLfloat delta)
{
    // Get X axis vector first via cross product
    M3DVector3f xAxis;
    m3dCrossProduct(xAxis, up, forward);

    location[0] += xAxis[0] * delta;
    location[1] += xAxis[1] * delta;
    location[2] += xAxis[2] * delta;
}

void Player::RotateLocalY(GLfloat angle)
{
    // Calculate a rotation matrix first
    M3DMatrix44f rotationMatrix;
    // Rotate around the up vector
    m3dRotationMatrix44(rotationMatrix, angle, up[0], up[1], up[2]); // Use up vector to get correct rotations even with multiple rotations used.

    // Get new forward vector out of the rotation matrix
    M3DVector3f newForward;
    newForward[0] = rotationMatrix[0] * forward[0] + rotationMatrix[4] * forward[1] + rotationMatrix[8] * forward[2]; 
    newForward[1] = rotationMatrix[1] * forward[1] + rotationMatrix[5] * forward[1] + rotationMatrix[9] * forward[2];
    newForward[2] = rotationMatrix[2] * forward[2] + rotationMatrix[6] * forward[1] + rotationMatrix[10] * forward[2];

    m3dCopyVector3(forward, newForward);
}

void Player::getTransformationMatrix(M3DMatrix44f matrix)
{
    // Get Z axis (Z axis is reversed with camera transformations)
    M3DVector3f zAxis;
    zAxis[0] = -forward[0];
    zAxis[1] = -forward[1];
    zAxis[2] = -forward[2];

    // Get X axis
    M3DVector3f xAxis;
    m3dCrossProduct(xAxis, up, zAxis);

    // Fill in X column in transformation matrix
    m3dSetMatrixColumn44(matrix, xAxis, 0); // first column
    matrix[3] = 0.0f; // Set 4th value to 0

    // Fill in the Y column
    m3dSetMatrixColumn44(matrix, up, 1); // 2nd column
    matrix[7] = 0.0f;

    // Fill in the Z column
    m3dSetMatrixColumn44(matrix, zAxis, 2); // 3rd column
    matrix[11] = 0.0f;

    // Do the translation
    M3DVector3f negativeLocation; // Required for camera transform (right handed OpenGL system. Looking down negative Z axis)
    negativeLocation[0] = -location[0];
    negativeLocation[1] = -location[1];
    negativeLocation[2] = -location[2];
    m3dSetMatrixColumn44(matrix, negativeLocation, 3); // 4th column
    matrix[15] = 1.0f;
}

播放器對象標頭

class Player
{
public:
    //////////////////////////////////////
    // Variables
    M3DVector3f location;
    M3DVector3f up;
    M3DVector3f forward;
    GLfloat xAngle; // Used for FPS divided X angle rotation (can't combine yaw and pitch since we'll also get a Roll which we don't want for FPS)
    /////////////////////////////////////
    // Functions
    Player();
    void ApplyTransform();
    void MoveForward(GLfloat delta);
    void MoveUp(GLfloat delta);
    void MoveRight(GLfloat delta);
    void RotateLocalY(GLfloat angle); // Only need rotation on local axis for FPS camera style. Then a translation on world X axis. (done in apply transform)

private:
    void getTransformationMatrix(M3DMatrix44f matrix);
};

應用轉換

// Clear screen
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();

// Apply camera transforms
player.ApplyTransform();


// Set up lights
...

// Use shaders
...

// Render the scene
RenderScene();

// Do post rendering operations
glutSwapBuffers();

和鼠標

float mouseSensitivity = 500.0f;

float horizontal = (width / 2) - mouseX;
float vertical = (height / 2) - mouseY;

horizontal /= mouseSensitivity;
vertical /= (mouseSensitivity / 25);

player.xAngle += -vertical;
player.RotateLocalY(horizontal);

glutWarpPointer((width / 2), (height / 2));

Answer 1

老實說，我認為您正在采取一種解決問題的復雜方法。 有很多創建相機的方法。 我最喜歡的是使用R3-Vector和四元數，但是您也可以使用R3-Vector和兩個浮點數（俯仰和偏航）。

具有兩個角度的設置很簡單：

glLoadIdentity();
glTranslatef(-pos[0], -pos[1], -pos[2]);
glRotatef(-yaw, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glRotatef(-pitch, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

現在，棘手的部分是移動相機。 您必須執行以下操作：

flaot ds = speed * dt;
position += tranform_y(pich, tranform_z(yaw, Vector3(ds, 0, 0)));

如何進行轉換，我必須查找一下，但是您可以通過使用旋轉矩陣來實現

旋轉是微不足道的，只需從俯仰和偏航值中添加或減去即可。

我喜歡使用四元數作為方向，因為它是通用的，因此您有一個與任何運動方案無關的攝像機（即任何實體）。 在這種情況下，您的相機看起來像這樣：

class Camera
{
public:
   // lots of stuff omitted

   void setup();

   void move_local(Vector3f value);

   void rotate(float dy, float dz);

private:
    mx::Vector3f position;
    mx::Quaternionf orientation;
};

然后，安裝代碼會毫不客氣地使用gluLookAt; 您可以從中制作一個轉換矩陣，但我一直無法正常工作。

void Camera::setup()
{
    // projection related stuff

    mx::Vector3f eye     = position;
    mx::Vector3f forward = mx::transform(orientation, mx::Vector3f(1, 0, 0));
    mx::Vector3f center  = eye + forward;
    mx::Vector3f up      = mx::transform(orientation, mx::Vector3f(0, 0, 1));
    gluLookAt(eye(0), eye(1), eye(2), center(0), center(1), center(2), up(0), up(1), up(2));
}

在本地框架中移動相機也很簡單：

void Camera::move_local(Vector3f value) 
{
    position += mx::transform(orientation, value);
}

旋轉也很簡單。

void Camera::rotate(float dy, float dz)
{
    mx::Quaternionf o = orientation;
    o = mx::axis_angle_to_quaternion(horizontal, mx::Vector3f(0, 0, 1)) * o;
    o = o * mx::axis_angle_to_quaternion(vertical, mx::Vector3f(0, 1, 0));   
    orientation = o;
}

（無恥的插頭）：

如果您要問我使用的是什么數學庫，那就是mathex 。 我寫的...