Question

我正在查看一组球体，并在分别按下按钮x，y或z时围绕x，y，z旋转它们。轮换工作。但是当我用i重置我的旋转时，我并不总能得到完美的重置。

void DrawWindowOne()
{
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glViewport(0, 0, 250, 250);
DrawAxis(1);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
DrawSpheres();

glViewport(250, 0, 250, 250);
DrawAxis(1);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT1);

DrawSpheres();

glDisable(GL_LIGHT1);

glViewport(500, 0, 250, 250);
DrawAxis(1);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glEnable(GL_LIGHT2);

DrawSpheres();

glDisable(GL_LIGHT2);
glDisable(GL_LIGHTING);

glutSwapBuffers();
}

旋转效果很好。每个增量，我将增量添加到相应的浮点数（x \ y \ z）旋转，以存储我围绕轴进行了多少增量，然后我用它来重置回原点。

我已经发现我的问题是当我沿着2轴或更多轴旋转时。看起来好像我也只是一次只在一个轴上出现这个问题。

每个窗口都是用

绘制的

{{1}}

Answer 1

您可以重置矩阵调用

glLoadIdentity();

代替此代码：

glRotatef(-xRotation, 1, 0, 0);
glRotatef(-yRotation, 0, 1, 0);
glRotatef(-zRotation, 0, 0, 1);

您遇到的问题是矩阵旋转不可传递。围绕x然后y旋转与围绕y旋转然后x旋转不同。如果允许用户使用键在每个轴周围进行多个交互式增量旋转，则不可能简单地在3个变量中累积角度，并通过围绕每个变量旋转负值来撤消旋转。轴。您必须存储旋转发生的顺序以及每次旋转的次数。因此，将矩阵重置为标识要容易得多。

Answer 2

samgak说回答你的问题会有什么用，但是这是值得注意的事情，并且当你的项目变得庞大而复杂时，很高兴知道如何防止陷阱。

当处理3D空间中的旋转并且需要围绕任何给定轴[X，Y，Z]旋转时，在平移旋转矩阵中使用欧拉角进行旋转，存在已知的问题。这个问题叫做万向节锁。以您的球体为例，您想要围绕任何轴旋转3D模型;在你开始旋转之前想象一下，你的球体大于一个圆圈或一个环，并且平行于每个轴。我们可以说我们的X轴环有一个指向右侧或东侧的手柄，您的Y轴环有一个指向向上或向北的手柄，而您的Z轴环指向您。当您抓住手柄并开始移动它时，该环将旋转该轴上的对象。

想象一下你的球体是地球：

X轴：当您旋转3D模型时，这将使其围绕x轴向东和向右旋转。西方和地球将与北方和地球一起转向南极和赤道改变方向。如果你向下看Z轴（LookAt），赤道会向你的方向倾斜或旋转
Y轴旋转3D模型时会使其绕着旋转 y轴北极＆amp;南方和地球将围绕两极旋转，就像在地球的日子里一样。赤道无法移动。
Z轴在旋转3D模型时会使其绕z轴旋转＆＃34; LookAt＆＃34; （仍然是水平但垂直于东西方），地球将围绕LookAt轴和北方和西方旋转。南极＆amp;赤道将改变方向。沿着LookAt轴向下看，你会看到波兰人和赤道人向东方和西方倾斜。

这里用类比来证明这一点，就像旋转3D模型的环的运动一样：我将使用一个电机循环，将轴的旋转视为以下

X轴 - 自行车节气门
Y轴 - 转动把手杆
Z轴 - 向左倾斜自行车对，

注意：当您围绕任何轴旋转对象时，环会随着显示旋转的对象移动。

现在您已经了解了每次旋转时发生的事情，我将使用Euler Angels演示Gimbal Lock。我们将单独留下Y轴，如果我们在这里使用X轴或Z轴并不重要。我将使用Z轴，因为我们向下看它，当你旋转物体时，你可以看到它左右旋转。让我们在任一方向上旋转此物体90度或PI / 2（CW，CCW）现在我们的Z轴环现在随着物体旋转，因为我们使用地球，我们仍然看到前面的相同区域我们，但赤道现在是两极，极地现在是赤道所在的地方。我们没有触及另外两个轴并且没有旋转。但是如果你注意到，你会看到Z轴环现在与X轴对齐。现在，如果我们开始围绕X轴旋转，Z轴现在正在旋转。我们失去了旋转自由的维度。这就是Gimbal Lock这个术语的用法。

如果我们重新设置所有内容，这可能会发生在3轴之间的6种不同组合中。因此，无论您使用哪种方式尝试仅使用使用欧拉角的3D数学或3D旋转矩阵在所有3维中自由旋转;哪些是使用正弦和余弦函数对每个轴进行旋转的基本矩阵，你将总是有万向锁的情况。

有一种方法可以避免这种情况！使用四元数！对它们的数学解释有点棘手，因为它是4D矢量类型，它确实涉及虚平面和复数，但是它们的编程非常容易，因为它们非常类似于矢量和矩阵。有了这个第4个组件，您可以自由旋转（X，Y，Z）而不会出现此问题。对于数学和它们的编程，Gimbal Lock和Quaternions上有很多资源，许多已经存在已经为你定义了四元数的不错的数学库，只需阅读他们关于如何应用它们的文档在你的代码中。它们让生活变得更轻松。

需要注意的一点是，在3D空间中旋转时，您不必总是使用四元数，它总是取决于需要。以下是一些使用Quaternions更好的例子，当使用Euler Angles时也没问题。

Euler Angles：如果您知道您将仅在一个轴上旋转。

桶在地上滚动
孩子的挥杆
跷跷板
摇椅

四元数旋转：当你需要2轴或更多轴的自由时。

相机旋转
球在地上滚动。
飞机或喷气式飞机。
航天飞机或卫星在太空中移动。
潜水艇
字符AI - 当高度是因素时检测和跟踪算法！
高度也是一个因素时的任何角色运动。鸟飞，鱼游泳，角色动画 - 布娃娃物理。

这是一个描述Gimbal Lock视频的链接，这是一个非常精确和详细的视图，可以在不到10分钟内完全理解这种现象。 YouTube: Gimbal Lock

Answer 3

不要在重复调用Rotate（1,1,0,0）时在模型视图矩阵中累积旋转，而是在按下某个键时增加变量，然后使用Rotate（angle_x，1,0,0）在每次更新后设置一次单位矩阵后。否则加班会导致矩阵漂移，其中小的舍入误差将导致旋转矩阵退化。

重置对象只意味着设置angle_x = 0.0f;

另外，不要将您的lookat矩阵放在投影矩阵中，因为这会在线下方产生意外结果。有关完整说明，请参阅http://sjbaker.org/steve/omniv/projection_abuse.html。

通常在主循环之前设置一次投影矩阵。

然后每个循环将当前矩阵设置为modelview。然后，对于要绘制的每个对象，将模型视图矩阵设置为lookat * model。

我还建议阅读opengl如何使用各种矩阵here

openGL旋转重置

3 个答案: