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我本质上是在尝试模仿相机在 Maya 中的旋转方式。Maya 中的轨迹球始终与 y 轴对齐。因此,无论向上矢量指向何处,它仍然会沿 y 轴旋转或与向上矢量对齐。

我已经能够使用 C++ 和 Qt 在 OpenGL 中实现 arcball。但我不知道如何保持它的向上矢量对齐。我有时可以通过下面的代码使其保持一致:

void ArcCamera::setPos (Vector3 np)
{
    Vector3 up(0, 1, 0);

    Position = np;
    ViewDir = (ViewPoint - Position); ViewDir.normalize();

    RightVector =  ViewDir ^ up; RightVector.normalize();

    UpVector = RightVector ^ ViewDir;  UpVector.normalize();
}

这一直有效,直到位置为 90 度,然后正确的向量发生变化,一切都被反转了。

因此,我一直在保持总旋转(以四元数为单位)并通过它旋转原始位置(上、右、pos)。这最能保持一切连贯,但现在我根本无法将向上向量与 y 轴对齐。下面是旋转的功能。

void CCamera::setRot (QQuaternion q)
{
    tot = tot * q;

    Position  = tot.rotatedVector(PositionOriginal);

    UpVector = tot.rotatedVector(UpVectorOriginal);
    UpVector.normalize();

    RightVector  = tot.rotatedVector(RightVectorOriginal);
    RightVector.normalize();
}

QQuaternion q 是从鼠标拖动得出的轴角对生成的。我相信这是正确完成的。旋转本身很好,只是没有保持方向对齐。

我注意到在我选择的实现中,在角落中拖动会围绕我的视图方向进行旋转,并且我总是可以重新对齐向上矢量以拉直到世界的 y 轴方向。因此,如果我能计算出要滚动多少,我可能每次都可以旋转两次,以确保一切都是笔直的。但是,我不知道该怎么做。

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这不起作用的原因是 Maya 在视口中的相机操作不使用轨迹球界面。您要做的是Maya 的翻滚命令。我找到的用于解释这一点的最佳资源是Orr 教授的计算机图形课程中的这份文档

左右移动鼠标对应于方位角,并指定围绕世界空间 Y 轴的旋转。上下移动鼠标对应于仰角,并指定围绕视图空间 X 轴的旋转。目标是生成新的世界视野矩阵,然后根据您对相机进行参数化的方式,从该矩阵中提取新的相机方向和眼睛位置。

从当前的世界观矩阵开始。接下来,我们需要在世界空间中定义轴心点。任何枢轴点都可以开始工作,使用世界原点可能是最简单的。

回想一下,纯旋转矩阵会生成以原点为中心的旋转。这意味着要围绕任意枢轴点旋转,首先要平移到原点,执行旋转,然后平移回来。还要记住,转换组合是从右到左发生的,因此到达原点的负平移发生在最右边:

translate(pivotPosition) * rotate(angleX, angleY, angleZ) * translate(-pivotPosition)

我们可以使用它来计算方位角旋转分量,它是围绕世界 Y 轴的旋转:

azimuthRotation = translate(pivotPosition) * rotateY(angleY) * translate(-pivotPosition)

我们必须为高程旋转组件做一些额外的工作,因为它发生在视图空间中,围绕视图空间 X 轴:

elevationRotation = translate(worldToViewMatrix * pivotPosition) * rotateX(angleX) * translate(worldToViewMatrix * -pivotPosition)

然后我们可以得到新的视图矩阵:

newWorldToViewMatrix = elevationRotation * worldToViewMatrix * azimuthRotation

现在我们有了新的 worldToView 矩阵,我们不得不从视图矩阵中提取新的世界空间位置和方向。为此,我们需要 viewToWorld 矩阵,它是 worldToView 矩阵的逆矩阵。

newOrientation = transpose(mat3(newWorldToViewMatrix))
newPosition = -((newOrientation * newWorldToViewMatrix).column(3))

此时,我们将元素分开。如果您的相机已参数化,因此您只存储一个四元数作为您的方向,您只需要进行旋转矩阵 -> 四元数转换。当然,Maya 将转换为欧拉角以显示在通道框中,这将取决于相机的旋转顺序(请注意,当旋转顺序改变时,翻转的数学不会改变,只是旋转的方式矩阵 -> 欧拉角转换完成)​​。

这是 Python 中的示例实现:

#!/usr/bin/env python

import numpy as np
from math import *

def translate(amount):
    'Make a translation matrix, to move by `amount`'
    t = np.matrix(np.eye(4))
    t[3] = amount.T
    t[3, 3] = 1
    return t.T

def rotateX(amount):
    'Make a rotation matrix, that rotates around the X axis by `amount` rads'
    c = cos(amount)
    s = sin(amount)

    return np.matrix([
        [1, 0, 0, 0],
        [0, c,-s, 0],
        [0, s, c, 0],
        [0, 0, 0, 1],
    ])

def rotateY(amount):
    'Make a rotation matrix, that rotates around the Y axis by `amount` rads'
    c = cos(amount)
    s = sin(amount)
    return np.matrix([
        [c, 0, s, 0],
        [0, 1, 0, 0],
       [-s, 0, c, 0],
        [0, 0, 0, 1],
    ])

def rotateZ(amount):
    'Make a rotation matrix, that rotates around the Z axis by `amount` rads'
    c = cos(amount)
    s = sin(amount)
    return np.matrix([
        [c,-s, 0, 0],
        [s, c, 0, 0],
        [0, 0, 1, 0],
        [0, 0, 0, 1],
    ])

def rotate(x, y, z, pivot):
    'Make a XYZ rotation matrix, with `pivot` as the center of the rotation'
    m = rotateX(x) * rotateY(y) * rotateZ(z)

    I = np.matrix(np.eye(4))
    t = (I-m) * pivot
    m[0, 3] = t[0, 0]
    m[1, 3] = t[1, 0]
    m[2, 3] = t[2, 0]

    return m

def eulerAnglesZYX(matrix):
    'Extract the Euler angles from an ZYX rotation matrix'
    x = atan2(-matrix[1, 2], matrix[2, 2])
    cy = sqrt(1 - matrix[0, 2]**2)
    y = atan2(matrix[0, 2], cy)
    sx = sin(x)
    cx = cos(x)
    sz = cx * matrix[1, 0] + sx * matrix[2, 0]
    cz = cx * matrix[1, 1] + sx * matrix[2, 1]
    z = atan2(sz, cz)
    return np.array((x, y, z),)

def eulerAnglesXYZ(matrix):
    'Extract the Euler angles from an XYZ rotation matrix'
    z = atan2(matrix[1, 0], matrix[0, 0])
    cy = sqrt(1 - matrix[2, 0]**2)
    y = atan2(-matrix[2, 0], cy)
    sz = sin(z)
    cz = cos(z)
    sx = sz * matrix[0, 2] - cz * matrix[1, 2]
    cx = cz * matrix[1, 1] - sz * matrix[0, 1]
    x = atan2(sx, cx)
    return np.array((x, y, z),)

class Camera(object):
    def __init__(self, worldPos, rx, ry, rz, coi):
        # Initialize the camera orientation.  In this case the original
        # orientation is built from XYZ Euler angles.  orientation is the top
        # 3x3 XYZ rotation matrix for the view-to-world matrix, and can more
        # easily be thought of as the world space orientation.
        self.orientation = \
            (rotateZ(rz) * rotateY(ry) * rotateX(rx))

        # position is a point in world space for the camera.
        self.position = worldPos

        # Construct the world-to-view matrix, which is the inverse of the
        # view-to-world matrix.
        self.view = self.orientation.T * translate(-self.position)

        # coi is the "center of interest".  It defines a point that is coi
        # units in front of the camera, which is the pivot for the tumble
        # operation.
        self.coi = coi

    def tumble(self, azimuth, elevation):
        '''Tumble the camera around the center of interest.

        Azimuth is the number of radians to rotate around the world-space Y axis.
        Elevation is the number of radians to rotate around the view-space X axis.
        '''
        # Find the world space pivot point.  This is the view position in world
        # space minus the view direction vector scaled by the center of
        # interest distance.
        pivotPos = self.position - (self.coi * self.orientation.T[2]).T

        # Construct the azimuth and elevation transformation matrices
        azimuthMatrix = rotate(0, -azimuth, 0, pivotPos) 
        elevationMatrix = rotate(elevation, 0, 0, self.view * pivotPos)

        # Get the new view matrix
        self.view = elevationMatrix * self.view * azimuthMatrix

        # Extract the orientation from the new view matrix
        self.orientation = np.matrix(self.view).T
        self.orientation.T[3] = [0, 0, 0, 1]

        # Now extract the new view position
        negEye = self.orientation * self.view
        self.position = -(negEye.T[3]).T
        self.position[3, 0] = 1

np.set_printoptions(precision=3)

pos = np.matrix([[5.321, 5.866, 4.383, 1]]).T
orientation = radians(-60), radians(40), 0
coi = 1

camera = Camera(pos, *orientation, coi=coi)
print 'Initial attributes:'
print np.round(np.degrees(eulerAnglesXYZ(camera.orientation)), 3)
print np.round(camera.position, 3)
print 'Attributes after tumbling:'
camera.tumble(azimuth=radians(-40), elevation=radians(-60))
print np.round(np.degrees(eulerAnglesXYZ(camera.orientation)), 3)
print np.round(camera.position, 3)
于 2016-01-04T04:05:57.707 回答
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从一开始就跟踪您的视图和右向量,并使用旋转矩阵更新它们。然后计算你的向上向量。

于 2013-05-14T07:43:04.920 回答