在 OpenGL (GLM/C++) 中使用四元数旋转的问题答案

【问题标题】：Problem rotating with quaternions in OpenGL (GLM/C++)在 OpenGL (GLM/C++) 中使用四元数旋转的问题
【发布时间】：2020-03-16 14:46:26
【问题描述】：

我正在编写一个用于教育目的的游戏引擎，但我对旋转有点卡住了。问题是我在 UI 中有 3 个方块来表示对象在欧拉角中的方向，并且我可以从那里更改值。

要更改它们，我调用：

void TransformComponent::SetOrientation(glm::vec3 eulerAxAngles)
{
    glm::vec3 euler_inRadians = glm::radians(eulerAxAngles);

    glm::quat newRot;
    double cy = cos(euler_inRadians.y * 0.5);
    double sy = sin(euler_inRadians.y * 0.5);
    double cp = cos(euler_inRadians.x * 0.5);
    double sp = sin(euler_inRadians.x * 0.5);
    double cr = cos(euler_inRadians.z * 0.5);
    double sr = sin(euler_inRadians.z * 0.5);
    newRot.w = cy * cp * cr + sy * sp * sr;
    newRot.x = cy * cp * sr - sy * sp * cr;
    newRot.y = sy * cp * sr + cy * sp * cr;
    newRot.z = sy * cp * cr - cy * sp * sr;

    m_Orientation = newRot * m_Orientation;
    UpdateTransform();
}

m_Orientation 是一个存储对象当前方向的四元数。我知道从欧拉到四元数的所有转换都可以由 glm 处理，但我改成这个来调试正在发生的事情......

然后，UpdateTransform() 执行下一步：

void TransformComponent::UpdateTransform()
{
    m_TransformationMatrix = glm::translate(glm::mat4(1.0f), m_Translation) *
        glm::scale(glm::mat4(1.0f), m_Scale) * glm::mat4_cast(m_Orientation);


    //Set euler angles
    m_Rotation_InEulerAngles = glm::eulerAngles(m_Orientation);
}

而 m_Rotation_InEulerAngles 是从 UI 可以看到的 vec3 来改变物体方向的角度。

问题是，当我尝试修改 3 个欧拉角之一时，3 个被修改，我的意思是，如果我修改 Roll 角（围绕 Z 轴），它也会修改 Pitch 和 Yaw（而不是 Z值，就像它为对象设置了另一个方向）。

在这个 gif 中显示了如何很好地执行平移/缩放，但旋转（这里现在以弧度显示）执行得不好，它改变了整个方向，而不仅仅是我想要的轴上的方向：

https://gfycat.com/plushhonestargentineruddyduck

有人看到我做错了吗？

【问题讨论】：

glm != glm-math
抱歉，没看到 :( ...我已经改过了 :)
不，你必须使用glm-math。我已经为你改好了。
您将新的旋转与旧的方向相乘。那是您想要的吗（即参数是更改而不是新值）？ m_Orientation = newRot; 可能更接近你想要的。

标签： c++ opengl 3d quaternions glm-math

【解决方案1】：

改变，或设置方向，与旋转不同：

要设置你的方向，你想这样做：

void setOrientation(glm::vec3 eular)
{
    m_Orientation = glm::quat(eular); // very simple
}

void setRotation(glm::vec3 eular)
{
    m_Rotation = glm::quat(eular); // very simple
}

要旋转，我们要使用 SLERP 整合旋转四元数：

void update(float deltaTimeS)
{
    glm::quat ident(1.0f);
    glm::quat rotation = glm::mix(ident, m_Rotation, deltaTimeS);
    m_Orientation = rotation * m_Orientation;
}

并得到你的旋转矩阵：

void setTransform()
{
    m_RotationMatrix = glm::gtx::quaternion::toMat4(quaternion);
}

有关四元数旋转的更多信息，请参阅here。

【讨论】：