四元数旋转不起作用

Question

我刚刚开始使用四元数，但在使用四元数让简单的 FPS 相机正常工作时遇到了一些烦人的困难。

基本上，每当我尝试移动鼠标时，我在屏幕上绘制的三角形都会变得疯狂，并且在屏幕上移动和移动的速度比我看到的要快。移动键（wsad）按预期工作，直到我移动鼠标，然后一切都变得一团糟。我认为问题出在轮换上，但过去几天我一直在思考这个问题，但没有结果。

以下是有关正在发生的情况的视频： 四元数测试视频

• 要查看鼠标输入，请从头开始观看。
• 要查看键盘输入（前进、后退等），请跳至 0:51 秒。

仅供参考，以下是我正在使用的 3 个主要类：
Quaternion.h
CameraSceneNode.h
CameraSceneNode.cpp

最相关的部分是 tick() （在其中更新旋转四元数）和 render() （在其中渲染“相机”，其中包括旋转和平移场景）。

这是 tick() 方法：

void CameraSceneNode::tick(float32 time) {
    // movement direction
    if (movement_[MOVE_DIR_FORWARD] == 1)
        pos_ += rotation_ * vmath::Vector3f(0, 0, -moveSpeed_ * time);

    if (movement_[MOVE_DIR_BACKWARD] == 1)
        pos_ += rotation_ * vmath::Vector3f(0, 0, moveSpeed_ * time);

    if (movement_[MOVE_DIR_LEFT] == 1)
        pos_ += rotation_ * vmath::Vector3f(-moveSpeed_ * time, 0, 0);

    if (movement_[MOVE_DIR_RIGHT] == 1)
        pos_ += rotation_ * vmath::Vector3f(moveSpeed_ * time, 0, 0);

    // rotation
    if (xRot_ != 0) {
        Quaternion quatRotation = Quaternion();
        quatRotation.buildFromAxisAngle(1, 0, 0, (xRot_ * time * rotSpeed_) *         math::DEGTORAD);
        //quatRotation.normalize();
        rotation_ = rotation_ * quatRotation;
        xRot_ = 0;
        rotation_.normalize();
    }
    if (yRot_ != 0) {
        Quaternion quatRotation = Quaternion();
        quatRotation.buildFromAxisAngle(0, 1, 0, (yRot_ * time * rotSpeed_) *         math::DEGTORAD);
        //quatRotation.normalize();
        rotation_ = quatRotation * rotation_;
        yRot_ = 0;
        rotation_.normalize();
    }
}

这是 render() 方法：

void CameraSceneNode::render() {
    if (isActive()) {
        float32 matrix[16];
        rotation_.fillMatrix(matrix);

        glMultMatrixf(&matrix[0]);

        //glRotatef(rotYTest, 0, 1, 0);
        //glRotatef(rotXTest, 1, 0, 0);

        glTranslatef(-pos_.x, -pos_.y, -pos_.z);
    }
}

另外，在我在相机上调用 render() 之前，我运行这段代码：

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();

在主游戏循环的每一帧中都会调用 tick(..) 和 render() 。 CameraSceneNode 类中有一些函数接受移动方向和相机旋转的更改（即更改 movement_ 缓冲区或 xRot_ 和 yRot_) 。

如果这还不够，我很抱歉。一些函数（例如 fillMatrix(..)）是在我上面引用的 3 个 .h/.cpp 文件中定义的。我已经多次检查了四元数类，在我看来它是正确的。但话又说回来，我使用的所有代码对我来说都是正确的，所以谁知道呢：S

我对此完全束手无策。如果有人能解释为什么这不起作用，我将不胜感激！

干杯

贾勒特

Answer 1

从表面上看，您在每个刻度上逐渐累积旋转（rotation_ = quatRotation *rotation_;），这首先是有意义的，因为您所做的只是稍微调整旋转，因此应该安全地附加另一个与已有的旋转一两度，对吧？

然而，每次旋转（通过您正在做的事情），您实际上每次都会稍微改变旋转轴，这就是您看到这种不稳定行为的原因。

我的建议是跟踪整体 X/Y 旋转，随着鼠标移动而递增或递减，然后每次直接计算旋转而不是累积旋转。因此，如果您在 X 方向旋转 1 度 15 次，则当前代码本质上是“在 X 方向旋转 1 度，在 X 方向添加旋转 1 度，等等”。我的建议是跟踪单个旋转因子 X，并在其变化时直接设置旋转“旋转 13 度、旋转 14 度、旋转 15 度等”。

从您的视频来看，旋转似乎也太大了，因此您可能希望将最终使用的旋转缩放 10 或 50（或其他）。

我可能偏离了，但我在 3D 编码冒险中遇到过类似的事情，这是我最好的建议。如果这不是问题，因为您正在处理相机旋转，您可能需要使用矩阵逆。更糟的是，查看模型视图矩阵的某些旋转，看看它是否符合您的预期（虽然很痛苦，但也是一次有价值的调试练习）。