如何在相机朝向的方向上正确移动相机

Question

我正在试图弄清楚如何根据相机朝向的方向使相机直接移动。

现在我移动相机的方法是将相机的当前位置和旋转传递给名为PositionClass的类。 PositionClass从另一个名为InputClass的类中获取键盘输入，然后更新摄像机的位置和旋转值，然后将其传递回摄像机类。

我写了一些似乎对我很有用的代码，使用相机俯仰和偏航我能够让它沿着我指向相机的方向前进。

然而，当相机直视（音高= 90）或直降（音高= -90）时，它仍会改变相机X和Z的位置（取决于偏航）。

预期的行为是直视或向下看，它只会沿Y轴移动，而不是沿X轴或Z轴移动。

这是计算新摄像机位置的代码

void PositionClass::MoveForward(bool keydown)
{
float radiansY, radiansX;


// Update the forward speed movement based on the frame time
// and whether the user is holding the key down or not.
if(keydown)
{
    m_forwardSpeed += m_frameTime * m_acceleration;

    if(m_forwardSpeed > (m_frameTime * m_maxSpeed))
    {
        m_forwardSpeed = m_frameTime * m_maxSpeed;
    }
}
else
{
    m_forwardSpeed -= m_frameTime * m_friction;

    if(m_forwardSpeed < 0.0f)                                                               
    {
        m_forwardSpeed = 0.0f;
    }
}

// ToRadians() just multiplies degrees by 0.0174532925f
radiansY = ToRadians(m_rotationY); //yaw
radiansX = ToRadians(m_rotationX); //pitch

// Update the position.
m_positionX += sinf(radiansY) * m_forwardSpeed;
m_positionY += -sinf(radiansX) * m_forwardSpeed;
m_positionZ += cosf(radiansY) * m_forwardSpeed;

return;
 }

重要部分是最后更新位置的位置。

到目前为止，我只能推断出我有可怕的数学技能。

那么，任何人都能帮助我解决这个难题吗？我创建了一个fiddle来帮助测试数学。

编辑：小提琴使用我在MoveForward函数中使用的相同数学运算，如果将音高设置为90，则可以看到Z轴仍在被修改

Answer 1

感谢Chaosed0的回答，我能够找出正确的公式来计算特定方向的运动。

下面的固定代码基本上与上面相同，但现在已经简化和扩展，以便于理解。

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首先我们确定相机移动的数量，在我的情况下这是m_forwardSpeed，但在这里我将它定义为偏移。

float offset = 1.0f;

接下来，您需要获取相机的X和Y旋转值（以度为单位！）

float pitch = camera_rotationX;
float yaw   = camera_rotationY;

然后我们将这些值转换为弧度

float pitchRadian = pitch * (PI / 180); // X rotation
float yawRadian   = yaw   * (PI / 180); // Y rotation

现在我们确定新职位：

float newPosX = offset *  sinf( yawRadian ) * cosf( pitchRadian );
float newPosY = offset * -sinf( pitchRadian );
float newPosZ = offset *  cosf( yawRadian ) * cosf( pitchRadian );

请注意，我们只将X和Z位置乘以pitchRadian的余弦值，这是为了在相机直视（90）或直线向下（-90）时消除相机偏航的方向和偏移。

最后，你需要告诉你的相机新的位置，我不会介绍，因为它在很大程度上取决于你如何实现你的相机。显然这样做是不合时宜的，可能效率低下。然而，正如Chaosed0所说，这对我来说是最有意义的！

Answer 2

说实话，我并不完全确定我理解你的代码，所以让我试着提供一个不同的视角。

我喜欢考虑这个问题的方式是spherical coordinates，基本上只是3D中的极性。球面坐标由三个数字定义：半径和两个角度。其中一个角度是偏航，另一个应该是俯仰，假设你没有滚动（我相信有一种方法可以获得phi如果你有滚动，但我想不出目前的情况）。在传统的数学符号中，theta是你的偏航，phi是你的投球，radius是你的移动速度，如下所示。

请注意，phi和theta的定义方式不同，具体取决于您的外观。

基本上，问题是要使用合适的俯仰和偏航来远离相机获得m_forwardSpeed点。为此，我们将“原点”设置为您的相机位置，获得球面坐标，将其转换为笛卡尔坐标，然后将其添加到相机位置：

float radius = m_forwardSpeed;
float theta = m_rotationY;
float phi = m_rotationX

//These equations are from the wikipedia page, linked above
float xMove = radius*sinf(phi)*cosf(theta);
float yMove = radius*sinf(phi)*sinf(theta);
float zMove = radius*cosf(phi);

m_positionX += xMove;
m_positionY += yMove;
m_positionZ += zMove;

当然，您可以压缩很多代码，但为了清晰起见，我对其进行了扩展。

您可以考虑在相机周围画一个球体。球体上的每个点都是下一个时间步的潜在位置，具体取决于相机的旋转。

这可能不是最有效的方法，但在我看来，这当然是最简单的思考方式。实际上看起来这几乎就是你在代码中尝试做的事情，但角度上的操作只是一个小位。