用于透视投影的相机旋转

Question

我刚刚开始使用 OpenGL 来渲染多个结构，每个结构都包含多个多边形。 基本上我想执行相当于在世界（结构）坐标中将相机设置在（0,0,z）处并绕世界轴的x，y和z轴（按顺序！）旋转以渲染每个结构的视图（据我了解，通常的做法是使用逆相机矩阵）。因此，据我了解，我需要翻译（到世界原点，即（0,0，-z））*rotateZrotateYrotateX*翻译（重新定义世界原点见下文）

所以我认为我需要类似的东西：

//Called when the window is resized
void handleResize(int w, int h) {
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(9.148, (double)w / (double)h, 800.0, 1500.0);
}

float _Zangle = 10.0f; 
float _cameraAngle = 90.0f;

//Draws the 3D scene
void drawScene() {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //Switch to the drawing perspective
    glLoadIdentity(); //Reset the drawing perspective

    glTranslatef(0.0f, 0.0f, -z); //Move forward Z (mm) units
    glRotatef(-_Zangle, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //Rotate "camera" about the z-axis
    glRotatef(-_cameraAngle, 0.0f, 1.0f, 0.0f); //Rotate the "camera" by camera_angle about y-axis
    glRotatef (90.0f,1.0f,0.0f,0.0f); // rotate "camera" by 90 degrees about x-axis
    glTranslatef(-11.0f,189.0f,51.0f); //re-define origin of world coordinates to be (11,-189,-51) - applied to all polygon vertices

glPushMatrix(); //Save the transformations performed thus far

glBegin(GL_POLYGON);


    glVertex3f(4.91892,-225.978,-50.0009);
        glVertex3f(5.73534,-225.978,-50.0009);
        glVertex3f(6.55174,-225.978,-50.0009);
        glVertex3f(7.36816,-225.978,-50.0009);
        .......// etc
glEnd();
glPopMatrix();

但是，当我编译并运行它时，_angle 和 _cameraAngle 似乎颠倒了，即 _angle 似乎围绕视口的 y 轴（垂直）旋转，而 _cameraAngle 围绕 z 轴（进入视口的平面）旋转？我做错了什么？

感谢您花时间阅读本文

Answer 1

简短的答案是：使用 gluLookAt()。该实用函数创建正确的观察矩阵。

更长的答案是，每个 OpenGL 变换调用都采用当前矩阵并将其乘以为完成变换而构建的矩阵。通过调用一系列 OpenGL 变换函数，您可以构建一个将应用变换组合的变换矩阵。实际上，矩阵将为 M = M1 * M2 * M3 。 。 。从数学上讲，变换在上式中是从右到左应用的。

您的代码不会移动相机。它停留在原点，并向下看负 z 轴。您的转换将模型空间中的所有内容移动到 (11,-189,-51)，将所有内容绕 x 轴旋转 90 度，将所有内容绕 y 轴旋转 90 度，将所有内容绕 z 轴旋转 10 度，然后进行平移沿 z 轴的所有 -z 内容。

编辑：更多信息

我对您想要完成的任务有点困惑，但我认为您希望在原点拥有元素，并让相机查看这些元素。眼睛坐标将是您想要相机所在的位置，中心坐标将是您想要对象所在的位置。我会使用一点三角学来计算相机的位置，并将其指向原点。

在这种情况下，我通常使用以原点为中心的经度、纬度和海拔来跟踪相机位置。计算眼睛坐标的 x、y、z 很简单：x = elv * cos(lat) * sin(lon)、y = elv * sin(lat)、z = elv * cos(lat) * cos(lat)。

我的 gluLookAt 调用将是 gluLookAt(x, y, z, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);

您可以通过更改 gluLookAt 的最后三个坐标来向上旋转相机。

Answer 2

z 轴从显示器的中心指向您。因此，绕 z 轴旋转应该使相机旋转到位（就像仅在 xy 平面上进行 2D 旋转）。我不知道，但这就是这里发生的事情吗？

Answer 3

您可能遇到了万向节锁。尝试删除其中一项轮换，看看事情是否按应有的方式进行。

虽然您确实无法在 OpenGL 中实际移动相机，但您可以通过移动其他所有内容来模拟相机运动。这就是您听说逆相机矩阵的原因。我们可以将世界上的所有物体移动 (0, 0, -10)，而不是将相机移动 (0, 0, 10)。如果将它们展开为矩阵，您会发现它们是互逆的。

我还注意到，鉴于所提供的代码，您不需要 glPushMatrix()/glPopMatrix() 调用。也许有一些您尚未展示的代码需要它们。

最后，您能提供一下您要渲染的内容吗？如果没有一些上下文，调试旋转可能会很困难。

Answer 4

简短答案：好提示

较长答案：是的，矩阵乘法的顺序很清楚......这就是我所说的逆相机矩阵的意思，表示将结构的所有世界坐标移动到相机坐标中（因此在我的中使用“相机”）评论;-)) 而不是实际将相机平移和旋转到世界坐标中。

因此，如果我正确地阅读了字里行间，你会提出这样的建议：

void drawScene() {
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //Switch to the drawing perspective
    glLoadIdentity(); //Reset the drawing perspective
gluLookAt(0.0,0.0,z,11.0,-189.0,-51.0,0.0,1.0,0.0); //eye(0,0,z) look at re-defined world origin(11,-189,-51) and up(0.0,1.0,0.0)

    glRotatef(-_Zangle, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //Rotate "camera" (actually structures) about the z-axis
    glRotatef(-_cameraAngle, 0.0f, 1.0f, 0.0f); //Rotate the "camera" (actually structures!) by camera_angle about y-axis
    glRotatef (90.0f,1.0f,0.0f,0.0f); // rotate "camera" (actually structures) by 90 degrees about x-axis


glPushMatrix();

或者我仍然遗漏了什么？

Answer 5

我认为您将世界的轴与相机的轴混合在一起，

GLRotatef 仅使用相机的轴，一旦相机旋转，它们就与您的世界轴不同。