如何将欧拉角转换为前、上、右向量

Question

我需要一个给定 Yaw、Pitch 和 Roll 的函数，可以在“世界坐标”中生成 Front（或 Look At）、Right 和 Up 向量。

在我的特定世界空间中，从原点 (0,0,0) 开始，X 向左为正，Z 为远离观察者/原点的正数，Y 为向上正数。

例如，给定...（以度为单位的角度）

• 偏航=0，俯仰=0，滚动=0， 预期的输出是：

  • 前面 = (0.0,0.0,1.0)
  • 右 = (-1.0,0.0,0.0)
  • 向上 = (0.0,1.0,0.0)

• 偏航=90，俯仰=0，滚动=0， 预期的输出是：

  • 前面 = (1.0,0.0,0.0)
  • 右 = (0,0,0.0,1.0)
  • 向上 = (0.0,1.0,0.0)

• 偏航=0，俯仰=90，横滚=0， 预期的输出是：

  • 前面 = (0.0,1.0,0.0)
  • 右 = (-1.0,0.0,0.0)
  • 向上 = (0.0,0.0,-1.0)

• 偏航=0，俯仰=0，横滚=90， 预期的输出是：

  • 前面 = (0.0,0.0,1.0)
  • 右 = (0.0,1.0,0.0)
  • 向上 = (1.0,0.0,0.0)

我使用的语言是 C++，如果最有意义的话，我很乐意使用 glm 来解决这个问题。如果我可以通过四元数到达那里，我也可以使用该解决方案，因为我发现其他教程描述了如何从欧拉角获得四元数。

Answer 1

这是一个完整的工作示例。它不是很像 C++。您可能想要使用真正的矩阵类，但出于演示目的应该没问题。您的问题中不清楚的一件事是轮换顺序，但可以轻松更改。

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdlib>

typedef float Float;
typedef Float Axis[3];
typedef Axis Axes[3];

static void copy(const Axes &from,Axes &to)
{
  for (size_t i=0; i!=3; ++i) {
    for (size_t j=0; j!=3; ++j) {
      to[i][j] = from[i][j];
    }
  }
}

static void mul(Axes &mat,Axes &b)
{
  Axes result;
  for (size_t i=0; i!=3; ++i) {
    for (size_t j=0; j!=3; ++j) {
      Float sum = 0;
      for (size_t k=0; k!=3; ++k) {
        sum += mat[i][k]*b[k][j];
      }
      result[i][j] = sum;
    }
  }
  copy(result,mat);
}

static void getAxes(Axes &result,Float yaw,Float pitch,Float roll)
{
  Float x = -pitch;
  Float y = yaw;
  Float z = -roll;
  Axes matX = {
    {1,     0,     0 },
    {0, cos(x),sin(x)},
    {0,-sin(x),cos(x)}
  };
  Axes matY = {
    {cos(y),0,-sin(y)},
    {     0,1,      0},
    {sin(y),0, cos(y)}
  };
  Axes matZ = {
    { cos(z),sin(z),0},
    {-sin(z),cos(z),0},
    {      0,     0,1}
  };
  Axes axes = {
    {1,0,0},
    {0,1,0},
    {0,0,1}
  };

  mul(axes,matX);
  mul(axes,matY);
  mul(axes,matZ);

  copy(axes,result);
}


static void showAxis(const char *desc,const Axis &axis,Float sign)
{
  std::cout << "  " << desc << " = (";
  for (size_t i=0; i!=3; ++i) {
    if (i!=0) {
      std::cout << ",";
    }
    std::cout << axis[i]*sign;
  }
  std::cout << ")\n";
}

static void showAxes(const char *desc,Axes &axes)
{
  std::cout << desc << ":\n";
  showAxis("front",axes[2],1);
  showAxis("right",axes[0],-1);
  showAxis("up",axes[1],1);
}

int main(int,char**)
{
  Axes axes;
  std::cout.setf(std::ios::fixed);
  std::cout.precision(1);
  getAxes(axes,0,0,0);
  showAxes("yaw=0, pitch=0, roll=0",axes);
  getAxes(axes,M_PI/2,0,0);
  showAxes("yaw=90, pitch=0, roll=0",axes);
  getAxes(axes,0,M_PI/2,0);
  showAxes("yaw=0, pitch=90, roll=0",axes);
  getAxes(axes,0,0,M_PI/2);
  showAxes("yaw=0, pitch=0, roll=90",axes);
  return 0;
}