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python - 为什么我的 FPS 相机滚动？在 Python 中使用欧拉角（不是四元数）实现

问题描述

我正在尝试生成一个可以充当 FPS 相机的视图矩阵，但我却在滚动。分享我的python代码，以防有人发现问题所在：

import numpy as np

class Camera():
    def __init__(self):
        self.sens = np.array([0.002, 0.002])  # mouse sensitivity (x, y)
        self.angpos = np.array([0.0, 0.0])  # (pitch, yaw)

    def mouse_move(self, pos, rel):
        self.angpos = rel[::-1]*self.sens  # mouse relative motion (delta-x, delta-y)
        ya = self.angpos[1]
        yrot = np.array([
            [ np.cos(ya),  0.0,    np.sin(ya),   0.0],
            [ 0.0,         1.0,    0.0,          0.0],
            [-np.sin(ya),  0.0,    np.cos(ya),   0.0],
            [0.0,          0.0,    0.0,          1.0]
        ])

        xa = self.angpos[0]
        xrot = np.array([
            [ 1.0,    0.0,          0.0,          0.0 ],
            [ 0.0,    np.cos(xa),  -np.sin(xa),   0.0 ],
            [ 0.0,    np.sin(xa),   np.cos(xa),   0.0 ],
            [ 0.0,    0.0,          0.0,          1.0 ],
        ])

        return yrot @ xrot  # view matrix


# this is the callback for mouse movement. `pos` is absolute mouse 
# position in the screen and `rel` is the position relative to previous call
# def mouseMotionEvent(self, pos, rel):
#     view = self.cam.mouse_move(pos, rel)  # self.cam is an instance of Camera
#     self.view = view @ self.view
#     return True

遵循我得到的行为的 gif： 在此处输入图像描述

标签： pythonopenglcamerarotation

解决方案

抽象地说，您的问题是由俯仰和偏航引起的旋转在合成下没有闭合。

更具体地说：想象一下控制第一人称相机。往下看，然后向左和向右转。您的视线将以一种非常不同的方式移动，而不是您在直视前方时转身。但是，您的计算就像相机会表现得一样。

每个刻度，你view从右边乘以一个偏航矩阵，然后是一个俯仰矩阵。这意味着一段时间后，您的视图矩阵将成为大量俯仰和偏航矩阵的交替乘积。但是，俯仰和偏航矩阵不可以交换。您真正想要的是将所有俯仰矩阵放在所有偏航矩阵的左侧（或右侧，这取决于您是让您的视图矩阵从左侧还是右侧操作，以及您的矩阵是否代表视图-global 或 global-to-view 转换）。

因此，快速解决此问题的方法是编写view = yrot @ view @ xrot. 这样，你所有的 y 旋转最终都在你的 x 旋转的左边，一切都会好起来的。好吧，至少在一段时间内，但是您的视图矩阵最终可能会累积舍入误差，并且视图可能会滚动或倾斜或更糟。

我建议您根本不要重用视图矩阵。相反，只需存储玩家当前的俯仰和偏航，在鼠标移动时更新它，然后每次都直接从俯仰和偏航重新计算视图矩阵。通过这种方式，您还可以以其他方式使用俯仰和偏航（例如，您需要将俯仰限制在一定范围内以防止玩家进行倒立或翻筋斗），并且您也不会在矩阵中累积错误。

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