graphics - 当相机不断移动时在 Direct3D 视图矩阵中定义向上

Question

在我的 Direct3D 应用程序中，可以使用鼠标或箭头键移动相机。但是，如果我将 (0,1,0) 硬编码为 中的向上方向向量LookAtLH，则该帧在相机的某些方向上会变为空白。

我刚刚了解到，当沿 Y 轴看时，(0,1,0) 不再作为向上方向工作（似乎很明显？）。对于这些特殊情况，我正在考虑将我的向上方向切换到其他方向。有没有更优雅的方法来处理这个？

Answer 1

假设您可以计算一个指向前方的向量（您正在查看的内容 - 您的位置）和一个指向右侧的向量（除非您可以滚动，否则始终在 XZ 平面上）。对这两个向量进行归一化，然后向上 x 向右（其中 x 是叉积）。

通常，您可以将偏航、俯仰和滚动插入旋转矩阵并旋转轴矢量以向右、向上和向前，但我想这就是您使用 LookAtLH 来避免的。

见http://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_matrix#The_3-dimensional_rotation_matricies

Answer 2

处理这个问题的优雅方法是使用 Unit Quaternions。四元数是 4 个值的向量，它编码 3D 空间中的方向（不是某些文章声称的旋转），单位四元数是向量长度 sqrt(x^2+y^2+z^2+w^ 2) 为 1.0。有一组用于处理四元数的数学运算，类似于使用矩阵对旋转进行编码，另外还有一个好处是四元数永远不能表示退化的方向。当您需要将结果提供给 GPU 时，您可以自由地将四元数转换为 3x3 或 4x4 矩阵。

你的问题是，当你移动你的相机时，你会在相机的向上方向引入一点扭曲。通过强制相机在每次迭代时将自身重新定位在 (0,1,0) 向量上，实际上是在旋转相机，然后夹紧相机的方向以保持在球体的表面上，但是当您的相机碰到这个球体的极点没有很好的方向来调用“向上”，并且您的矩阵变为奇异并为您提供零大小的多边形（因此是黑屏）。四元数有能力通过这些极点进行插值并很好地从另一边出来，让您始终拥有一个有效的矩阵。你所要做的就是控制“扭曲”。

要测量这种扭曲，您应该阅读《Graphics Gems 4》一书中 Ken Shoemake 的文章“减少光纤束扭曲”。他展示了一种测量这种累积扭曲的好方法，以及如何在它令人反感时将其移除。