c++ - 使用 lookAt 进行相机旋转

Question

大家好，我正在尝试做一个使用 glm 库中的 lookAt 的 Camera 类。我有 4 个点，第一个是 eye，即相机在空间中的位置，第二个是 look，即相机正在注视的点，第三个是 upp，用于设置相机的方向，第四个是边，它是 look - eye 和 upp -eye 的叉积。

所以最后我得到了 3 个 vector 的基础，所有 vector 都以视点为原点。我得到了相机的坐标系。

在我的相机类中，我希望能够围绕相机的坐标系而不是世界坐标系进行旋转。所以我所做的是绕相机坐标系的其中一个轴旋转。

我用这样的初始值构造类:

void Observer::initialize(glm::vec3 eye, glm::vec3 look, glm::vec3 upp, glm::vec3 side) 
{
    this->eye = eye;        // (0.0, 0.0,  0.0)
    this->look = look;      // (0.0, 0.0, -1.0)
    this->upp = upp;        // (0.0, 1.0,  0.0)
    this->side = side;      // (1.0, 0.0,  0.0)
}

例如，当我想围绕 x 轴旋转坐标系时，我会像这样从 glm 调用函数:

void Observer::pitch(GLfloat pitch) 
{
    glm::mat4 rotate(1.0f);

    rotate = glm::rotate(rotate, pitch, side - eye);

    look = glm::vec3(rotate * glm::vec4(look, 1.0f));
    upp = glm::vec3(rotate * glm::vec4(upp, 1.0f));
}

到目前为止，我了解到我所有的点仍然构成相机的坐标系，并且所有 vector 彼此垂直。

但随后我使用通过 lookAt 函数获得的这些点来定位相机在世界中的位置。

 glm::mat4 view = glm::lookAt(eye, look, upp);

并将该矩阵与来自 OpenGL 的模型 View 矩阵相乘

如果我开始旋转很多，旋转几圈后相机会“反射(reflect)”旋转，就像我以另一种方式旋转一样(我不知道如何以更好的方式描述真正发生的事情 =s ).

我真的不明白发生了什么。我应该在应用旋转后对 vector 进行归一化吗？我是不是万向锁有问题(我不太了解万向锁)？

Answer 1

当你像你所做的那样对 vector 进行增量旋转时，数值错误就会增加。当错误导致向上和注视 vector 指向几乎相同的方向或彼此相反时，相机变换计算不稳定并且可能会发生奇怪的事情。万向节锁。长度变化会导致不同的问题。

对我有用的一个解决方案是在每次旋转后重新正交化向上和注视 vector 。为此，计算它们的叉积 L，然后通过将 L 与 lookAt 相交来调整(真正替换)向上 vector 。毕竟这重新归一化并查看单位长度。

虽然正交化-归一化是一项快速操作，但您实际上不必对每个相机运动都执行此操作。

请注意，当您像这样更正 vector 时，您实际上是在进行 lookAt 矩阵计算的一部分，因此请考虑实现您自己的 vector 以避免不必要的叉积。参见例如this prior SO article on this topic .