在 3D 中旋转针孔相机

Question

我正在尝试在 3D 空间中旋转针孔相机。我之前已经对一个房间进行了光线追踪。作为一种好的做法，我首先完成了数学计算并尝试用 C++ 编写数学程序。

// Camera position
vec3 cameraPos(0, 0, -19);


// Rotate camera
float& yaw;
vec3 c1(cos(yaw), 0, sin(yaw));
vec3 c2(0, 1, 0);
vec3 c3(-sin(yaw), 0, cos(yaw));
glm::mat3 R(c1, c2, c3);

我所做的旋转相机是这样的：

if (keystate[SDLK_LEFT])
{
    //cameraPos.x -= translation;
    if (yaw > 0)
    {   
        yaw = 0.01;
    }
    cout << yaw << endl;
    cameraPos = R * cameraPos;
    cout << "LEFT" << endl;
}
if (keystate[SDLK_RIGHT])
{
    //cameraPos.x += translation;
    if (yaw > 0)
    {
        yaw = -0.01;
    }
    cout << yaw << endl;
    cameraPos = R * cameraPos;
    cout << "RIGHT" << endl;
}

我已将旋转矩阵 R 与相机位置向量相乘。现在发生的情况是，无论我按什么键，房间都只会向左移动。

我正在关注的教程说：

如果相机被矩阵 R 旋转，那么向量表示 向右（x 轴）、向下（y 轴）和向前（z 轴）方向 van be 检索为：

vec3 right(R[0][0],R[0][1],R[0][2]);
vec3 down(R[1][0],R[1][1],R[2][2]);
vec3 right(R[2][0],R[2][1],R[2][2]);

要为旋转相机建模，您需要在以下情况下都使用这些方向 您移动相机和投射光线时。

我不明白我应该如何使用上述信息。

任何帮助或参考表示赞赏。

Answer 1

在更改yaw 后，您似乎没有更新您的R 矩阵。这意味着每次执行camerapos = R * camerapos 时，您都在向一个方向旋转camerapos 向量。

更合适的方法是让 camerapos 分开，每次都构建 R 并使用另一个向量作为相机位置的结果。

类似这样的：

// Camera position
vec3 cameraPos(0, 0, -19);
vec3 trueCameraPos;
float yaw;

if (keystate[SDLK_LEFT])
{
    //cameraPos.x -= translation;
    if (yaw > 0)
    {   
        yaw = 0.01;
    }
    cout << yaw << endl;
    cout << "LEFT" << endl;
}
if (keystate[SDLK_RIGHT])
{
    //cameraPos.x += translation;
    if (yaw > 0)
    {
        yaw = -0.01;
    }
    cout << yaw << endl;
    cout << "RIGHT" << endl;
}

// Rotate camera
vec3 c1(cos(yaw), 0, sin(yaw));
vec3 c2(0, 1, 0);
vec3 c3(-sin(yaw), 0, cos(yaw));
glm::mat3 R(c1, c2, c3);

trueCameraPos = R * cameraPos;

至于相机定义，相机需要三个向量来定义它的方向。如果您旋转相机，则方向也会旋转，否则您只需移动相机，它就会始终朝一个方向看。

黄色的定义是不正确的，因为应该有三个垂直向量，通常是up、right和forward。现在有两个右向量（一个是 down 与 up 正好相反），所以最后一个应该是 forward 向量。

这些向量定义了光线追踪器中使用的方向。向前是光线被追踪到的地方，向上和向右定义每个图像像素在图像平面中的位移方向。您很可能已经在跟踪代码中使用了这些。