OpenGL Shader - 围绕其原点旋转模型（2D 世界）

Question

所以我创建了一个顶点着色器，它接收一个角度并计算旋转。虽然模型围绕世界中心而不是它自己的轴/原点旋转存在一个问题。

旁注：这是 2D 旋转。

如何让模型绕自己的轴旋转？

这是我当前的顶点着色器：

#version 150 core

in vec4 in_Position;
in vec4 in_Color;
in vec2 in_TextureCoord;

out vec4 pass_Color;
out vec2 pass_TextureCoord;

void main(void) {


    gl_Position = in_Position;

    pass_Color = in_Color;
    pass_TextureCoord = in_TextureCoord;
}

旋转CPU端：

    Vector3f center = new Vector3f(phyxBody.getPosition().x,phyxBody.getPosition().y,0);
    Matrix4f pos = new Matrix4f();
    pos.m00 = (phyxBody.getPosition().x)-(getWidth()/30f/2f);
    pos.m01 = (phyxBody.getPosition().y)+(getHeight()/30f/2f);
    pos.m10 = (phyxBody.getPosition().x)-(getWidth()/30f/2f);
    pos.m11 = (phyxBody.getPosition().y)-(getHeight()/30f/2f);
    pos.m20 = (phyxBody.getPosition().x)+(getWidth()/30f/2f);
    pos.m21 = (phyxBody.getPosition().y)-(getHeight()/30f/2f);
    pos.m30 = (phyxBody.getPosition().x)+(getWidth()/30f/2f);
    pos.m31 = (phyxBody.getPosition().y)+(getHeight()/30f/2f);

    pos.rotate(phyxBody.getAngle(),center);

结果是物体发生了奇怪的旋转拉伸。你知道为什么吗？不用担心 /30f 部分。

• phyxBody 是 JBox2D 库中 Body 类的一个实例。 phyxBody.getAngle() 在突袭者中。
• Matrix4f 是 LWJGL 库中的一个类。

编辑：

    Vector3f center = new Vector3f(0,0,0);
    Matrix4f pos = new Matrix4f();
    pos.m00 = -(getWidth()/30f/2f);
    pos.m01 = +(getHeight()/30f/2f);
    pos.m10 = -(getWidth()/30f/2f);
    pos.m11 = -(getHeight()/30f/2f);
    pos.m20 = +(getWidth()/30f/2f);
    pos.m21 = -(getHeight()/30f/2f);
    pos.m30 = +(getWidth()/30f/2f);
    pos.m31 = +(getHeight()/30f/2f);

    pos.rotate(phyxBody.getAngle(),center);

    pos.m00 += phyxBody.getPosition().x;
    pos.m01 += phyxBody.getPosition().y;
    pos.m10 += phyxBody.getPosition().x;
    pos.m11 += phyxBody.getPosition().y;
    pos.m20 += phyxBody.getPosition().x;
    pos.m21 += phyxBody.getPosition().y;
    pos.m30 += phyxBody.getPosition().x;
    pos.m31 += phyxBody.getPosition().y;

这是当前的转换代码，但旋转仍然无法正常工作。

我对旋转方法的尝试：（我做错了什么？）

    if (phyxBody.getAngle() != 0.0) {
        pos.m00 *= Math.cos(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m01 *= Math.sin(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m10 *= -Math.sin(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m11 *= Math.cos(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m20 *= Math.cos(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m21 *= Math.sin(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m30 *= -Math.sin(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
        pos.m31 *= Math.cos(Math.toDegrees(phyxBody.getAngle()));
    }

Answer 1

顺序是缩放 * 旋转 * 平移 - 请参阅 this question。我猜你已经在你的着色器之外翻译了你的坐标。你必须先旋转，然后翻译。很高兴了解您所做工作背后的线性代数，以便您了解为什么事情有效或无效。

执行此操作的典型方法是传递一个预先计算的 ModelView 矩阵，该矩阵已经处理了缩放/旋转/平移。如果你已经翻译你的顶点，你就不能在你的着色器中修复问题，除非不必要地撤消它然后重做它。发送未翻译的顶点，并附上数据，比如你的角度，来翻译它们。 或者你可以事先翻译和旋转两者。这取决于你想做什么。

底线：翻译前必须先旋转。

这是进行顶点变换的典型方式：

OpenGL 端：

1. 计算 ModelView 矩阵：缩放 * 旋转 * 平移

2. 作为统一矩阵传递给着色器

GLSL 方面：

1. 在顶点着色器中将顶点乘以 ModelView 矩阵

2. 发送至gl_Position

对编辑的回应：

我倾向于认为您的实施需要完全重做。您有属于模型的点。这些点都围绕原点定向。例如，如果你有一辆汽车，这些点将形成一个三角形网格。

• 如果您只是不平移这些点然后旋转它们，汽车将围绕其中心旋转。如果您之后进行翻译，汽车将以旋转方式平移到您指定的位置。这里的关键是模型的原点与旋转的原点对齐，因此您最终会“围绕自身”旋转模型。

• 如果您改为平移到新位置并然后旋转，您的模型将像绕原点一样旋转。这可能不是你想要的。

• 如果您直接修改实际顶点位置而不是使用变换矩阵，那么您做错了。即使您只有一个正方形，请将坐标保留在 (-1,-1) (-1,1) (1,1) (1,-1) （注意中心在 (0,0) 的位置）和把它们翻译成你想去的地方。

• 您不必重新实现数学功能，而且可能也不应该（除非您的目标是明确这样做）。 GLM 是一个流行的数学库，可以满足您的所有需求，并且专为 OpenGL 量身定制。

最终编辑

这是我为您绘制的精美艺术品，展示了您需要做什么。

• 请注意右下角的模型是如何绕 世界 原点旋转约 45 度的。如果我们再走 45，它的底边会平行于 X 轴，并与正 Y 轴相交，左下角的蓝色顶点和右下角的紫色顶点。

• 您或许应该回顾一下如何使用顶点、矩阵和着色器。顶点应该被指定一次，矩阵应该在每次你遇到对象的缩放、旋转或位置时更新，并且着色器应该将模型中的每个顶点乘以一个统一的（常数）。

Answer 2

您的精灵缺少足够的信息来执行您想要执行的操作。为了计算一个点的旋转，你需要知道那个点是什么。而你不知道。

因此，如果您想围绕任意位置旋转，则需要将该位置传递给您的着色器。一旦到了那里，你从你的位置中减去它，旋转位置，然后把它加回去。然而，这需要大量的工作，这就是为什么你应该在 CPU 上计算一个矩阵来完成所有这些工作。您的着色器将获得此矩阵并自行执行转换。

当然，这本身还需要其他东西，因为您通过在 CPU 上偏移顶点来不断更新这些对象的位置。 这不好；你应该保持这些对象相对于它们在缓冲区中的原点。然后，您应该将它们转换为它们的世界位置，作为其矩阵的一部分。

因此，您的着色器应该采用对象相对坐标，并且应该传递一个矩阵，该矩阵进行旋转，然后平移到它们的世界空间位置。实际上，从头开始；矩阵应该转换到它们的最终 camera-space 位置（世界空间总是一个坏主意）。