OpenGL如何用GLM正确计算相机矩阵

Question

我正在使用 OpenGL 图形引擎，但遇到了一个非常奇怪的问题。基本上我正在导入（通过Assimp）一个.DAE场景（在Cinema4D中制作），它还包含一个相机。相机位于原点，向左旋转 20 度，向上旋转 20 度，因此立方体的一部分应出现在视口的右下角。

渲染时，我首先通过将场景图中相机节点的世界变换矩阵应用于 lookAt 矩阵来计算“全局”lookAt 矩阵：

cameraMatrix = transform * glm::lookAt(camera->position, camera->lookAt, camera->upward);

然后用它来计算最终网格的模型视图矩阵：

// mesh.second is the world matrix
mat4 modelvMatrix = renderList->cameraMatrix * mesh.second;

然后与投影矩阵组合并馈送到着色器。然而结果（纹理还没有工作）看起来像“镜像”，好像转换是相反的：

使用相同的变换矩阵手动做一些数学运算：

//cameraMatrix = transform * glm::lookAt(camera->position, camera->lookAt, camera->upward);
cameraMatrix = camera->getCameraMatrix(transform);

mat4 Camera::getCameraMatrix(mat4p transform)
{
    auto invTr = glm::inverseTranspose(mat3(transform));
    auto pos = vec3(transform * vec4(position, 1));
    auto dir = invTr * glm::normalize(lookAt - position);
    auto upw = invTr * upward;
    return glm::lookAt(pos, pos + dir, upw);
}

似乎解决了问题：

但是我不确定输出是否完全正确，因为它对第一张图像并不完全镜面反射。相机节点的局部变换矩阵为：

mat4x4(
    (0.939693,  0.000000, -0.342020, 0.000000),
    (0.116978,  0.939693,  0.321394, 0.000000),
    (0.321394, -0.342020,  0.883022, 0.000000),
    (0.000000, -0.000000,  0.000000, 1.000000))

我应该如何正确计算相机矩阵？

编辑

我一直在问矩阵的微积分：

        mat4 modelvMatrix = renderList->cameraMatrix * mesh.second;
        mat4 renderMatrix = projectionMatrix * modelvMatrix;
        shaderProgram->setMatrix("renderMatrix", renderMatrix);
        mesh.first->render();

以及着色器代码：

const std::string Source::VertexShader= R"(
    #version 430 core

    layout(location = 0) in vec3 position;
    layout(location = 1) in vec3 normal;
    layout(location = 2) in vec2 vertexTexCoord;

    uniform mat4 renderMatrix;

    out vec2 texCoord;

    void main()
    {
        gl_Position = renderMatrix * vec4(position, 1.0);
        texCoord = vertexTexCoord;
    }
)";

const std::string Source::FragmentShader= R"(
    #version 430 core

    uniform sampler2D sampler;

    in vec2 texCoord;

    out vec3 color;

    void main()
    {
        color = vec3(0.0, 1.0, 0.0);
        //color = texture(sampler, texCoord);
    }
)";

Answer 1

首先，这是错误的：

cameraMatrix = transform * glm::lookAt(camera->position, camera->lookAt, camera->upward);

correct order如下：

MVP = P * V * M;

其中 P,V,M 分别是投影、视图和模型矩阵。

此外，该表达式没有意义，因为您的 glm::lookAt 已经根据相机的变换计算了 lookAt 矩阵。（如果我们暗示您的“变换”是相机的模型矩阵）

现在，关于glm::lookAt()。不要用它来获取视图（相机）矩阵。虽然它确实会返回一个朝向您指定方向的矩阵，但这不会是一个正确的视图矩阵，因为眼睛位置（该矩阵的平移部分）不会像在视图矩阵的情况下那样反转。

获得正确视图矩阵的最简单方法是对其模型矩阵求逆。

glm::mat4 V = glm::inverse(M);

就是这样。现在您可以将“V”提取到着色器中或在 CPU 上计算 MVP 矩阵。