Question

我在使用下面的代码限制摄像机俯仰角（在-90º和90º之间）时遇到了很大的问题。这有点是this question的后续行动。

问题似乎是相机旋转超过-90º或超过+90º，当发生这种情况时，我会向下看（或向上看），但视线只围绕Y轴旋转180º。

示例：我正朝北看地平线，然后我开始往下看，直到我不能再往下走了（受下面的代码限制）。然后我开始仰视，我将面向南方。

void Camera::Rotate(Vector3D angle) {
    angle = angle * CAMERA_ROTATION_SPEED;

    accumPitchAngle += angle.x;

    if(accumPitchAngle > 90.0f) {
        angle.x = 90.0f - (accumPitchAngle - angle.x);
        accumPitchAngle = 90.0f;
    }

    if(accumPitchAngle < -90.0f) {
        angle.x = -90.0f - (accumPitchAngle - angle.x);
        accumPitchAngle = -90.0f;
    }

    // Rotate along the WORLD_SKY_VECTOR axis (yaw/heading rotation)
    // WORLD_SKY_VECTOR = (0.0f, 1.0f, 0.0f)
    if(angle.y != 0.0f) {
        Reference = RotateArbitraryAxis(Reference, WORLD_SKY_VECTOR, angle.y);
        RightVector = Vector3D::CrossProduct(Reference, WORLD_SKY_VECTOR);
        UpVector = Vector3D::CrossProduct(RightVector, Reference);
    }

    // Rotate along the x axis (pitch rotation)
    if(angle.x != 0.0f) {
        Reference = RotateArbitraryAxis(Reference, RightVector, angle.x);
        UpVector = Vector3D::CrossProduct(RightVector, Reference);
    }

    // Makes sure all vectors are perpendicular all the time
    Reference.Normalize();
    RightVector = Vector3D::CrossProduct(Reference, UpVector);
    RightVector.Normalize();
    UpVector = Vector3D::CrossProduct(RightVector, Reference);
    UpVector.Normalize();
}

Vector3D Camera::RotateArbitraryAxis(const Vector3D v, Vector3D u, double angle) {
    Vector3D result;

    u.Normalize();

    double scalar = Vector3D::DotProduct(v, u);
    double c = cos(Math::DegreesToRadians(angle));
    double s = sin(Math::DegreesToRadians(angle));
    double a = 1.0f - c;

    result.x = u.x * scalar * a + (v.x * c) + ((-u.z * v.y) + (u.y * v.z)) * s;
    result.y = u.y * scalar * a + (v.y * c) + (( u.z * v.x) - (u.x * v.z)) * s;
    result.z = u.z * scalar * a + (v.z * c) + ((-u.y * v.x) + (u.x * v.y)) * s;

    return result;
}

问题可能在if(angle.y != 0.0f)语句中，如果我对该代码块进行评论，则该问题根本不存在。它与WORLD_SKY_VECTOR有关，但该代码就像允许我旋转标题并保持相机水平。如果我使用UpVector代替，问题就解决了。但这只适用于飞行模拟器，我需要保持地平线，这就是WORLD_SKY_VECTOR背后的原因。但是，当我直接指向相机时，似乎是“侧面切换”的原因。

根据以下评论的要求......这是第一人（和第三人，但我还没有开始实施那部分）相机，当我直视，-90º（或直线上升，+ 90º）当角度从-89º到-91º（或+89º到+91º）时，我希望相机防止这种情况发生，并且不要超过-90º，+90º限制。当它达到那个极限时，我需要相机能够返回（如果我在-90º则向上，如果我在+90º则向下）。现在这只会有效，有时我会面对另一种方式，而不是我最初看的方式。

Answer 1

问题1：代码belew“//确保所有矢量始终垂直”确保您的UP摄像机矢量实际上是正确的（相对于WORLD_SKY_VECTOR）。所以：

当你完全失望时，“向上”并不意味着很多。在你的情况下，你的camera_up应该朝北，而不是天空
当你继续转弯时，经过这一点，相机会旋转以保持其向上移动。

低头看你的胸部。你的头顶实际上已经下降了。如果你想从同一个角度看同样的事情，但是你的头顶向上，你必须旋转它（不可能，不可思议）

问题2：与上述相同。 CrossProduct（参考，WORLD_SKY_VECTOR）给出了交叉（向上，向下），这并不意味着什么，只是尝试在纸上。

如果您希望能够“颠倒”：

计算视图方向向量。你可靠地知道，因为你有你的方向和你的投球。
计算你的右矢量。它是相同的，但方向为90°，0°（相机始终是水平的，即你不会弯曲头部）
将您的向上矢量计算为交叉（右，前）。

所以：

yaw += whatever;
pitch += whatever;
FrontVector = SphericalToCartesian(yaw, pitch);
RightVector = SphericalToCartesian(yaw + PI/2.0f, 0.0);
UpVector = cross(RightVector, FrontVector);

使用SphericalToCartesian，如if（pitch = 0，yaw = 0）意味着向南看：

x = cos(pitch) * sin(yaw)
y = sin(pitch)
z = cos(pitch) * cos(yaw)

Answer 2

您无法获取两个平行向量的叉积。我认为这是失败的地方，即当accumPitchAngle为±90°时。

您可能希望将其限制为-89.999°〜+ 89.999°。

编辑：要从头开始，您要转换音高和音高。偏向gluLookAt()的前向矢量和向上矢量，对吧？然后我建议：

1）使用yaw（仅限yaw）创建一个与地面平行的right向量。
2）交叉right和WORLD_SKY_VECTOR以获得偏航正确但不在俯仰中的forward向量。
3）将forward绕right旋转至pitch度，以获得在俯仰和偏航方面均正确的前向矢量。（我想你已经走到了这一步。）
4）交叉forward和right以获取适用于所有情况的相机up向量。

Answer 3

在我提出一个非常简单明了的解决方案之后。就像在答案和评论中多次说过的那样，问题出在前向向量（我的Reference）向上或向下看，这意味着这个向量与WORLD_SKY_VECTOR平行，这就是它的原因变得一团糟。

我在这个解决方案背后的想法是，当我直视（或向上）并且我想向左或向右旋转时，这实际上是围绕前向矢量的滚动旋转。当俯仰角为-90º或90°时，为什么不执行侧倾运动？

把它放在一起，我通过简单地用以下代码替换偏航/航向旋转来解决问题：

if(angle.y != 0.0f) {
    if(abs(accumPitchAngle) == 90.0f) {
        RightVector = RotateArbitraryAxis(RightVector, Reference, -angle.y);
        UpVector = Vector3D::CrossProduct(RightVector, Reference);
    } else {
        Reference = RotateArbitraryAxis(Reference, WORLD_SKY_VECTOR, angle.y);
        RightVector = Vector3D::CrossProduct(Reference, WORLD_SKY_VECTOR);
        UpVector = Vector3D::CrossProduct(RightVector, Reference);
    }
}

这似乎是一个相当简单和直接的工作解决方案，我可能会将我的答案标记为已被接受，除非有人指出任何针对此实现的强烈问题，我可能不会考虑。我会等几个小时才能做到这一点，以便之前的答案得出某种结论。

不能使用矢量将OpenGL中的摄像机俯仰角限制在[-90º，90º]之间！

3 个答案: