OpenGL ES对象绕Z轴旋转

Question

我的屏幕上有一个旋转和平移的对象，但是我有两个关于z轴旋转的问题。解释起来有点棘手，所以我上传了两个视频来描述每个问题。

1） 反向旋转：在绕x轴旋转对象后，z轴旋转将被反向，并且应该如此。

2）错误的Z轴旋转：同样，在围绕x轴旋转物体后，我试图围绕z轴旋转物体，旋转导致不同的轴旋转。

我相信视频很好地描述了这些问题。

编辑：更新#1

好的，我想我找到了解决方案，就是只绕Z轴旋转相机，然后对模型本身执行X和Y旋转。这似乎很好，但当然它导致了本视频中描述的一个新问题（发生在第23秒，剩下的是演示如何进行）。

发生这种情况的原因是对象的轴系统正在旋转，当我在进行Z轴旋转之后再进行X轴或Y轴旋转时，结果是错误的。

我只是不知道如何从轴系统单独旋转物体，这样旋转就会正确完成。

现在，对于代码部分：

渲染功能：

- (void)render:(CADisplayLink*)displayLink {
    ...

    CC3GLMatrix *projection = [CC3GLMatrix matrix];
    float h = 4.0f * self.frame.size.height / self.frame.size.width;
    [projection populateFromFrustumLeft:-2 andRight:2 andBottom:-h/2 andTop:h/2 andNear:4 andFar:100];
    glUniformMatrix4fv(_projectionUniform, 1, 0, projection.glMatrix);

    [modelView populateFromTranslation:_currentPan];
    [modelView rotateBy:_currentRotation];
    [modelView rotateByZ:zRotationEnd];

    glUniformMatrix4fv(_modelViewUniform, 1, 0, modelView.glMatrix);
    ...        
}

X和Y旋转：

- (void) rotateAroundX:(float) x andY:(float) y newRotate:(BOOL) isNewRotate
{
    if (isNewRotate) {
        rotationStart = CC3VectorMake(0.0, 0.0, 0.0);
    }

    int rotationDirection = ceil(zRotationEnd/90);
    if (rotationDirection % 4 == 2 || rotationDirection % 4 == 3) {
        rotationEnd.x = rotationEnd.x - (x-rotationStart.x);
        rotationEnd.y = rotationEnd.y - (y-rotationStart.y);
    } else {
        rotationEnd.x = rotationEnd.x + (x-rotationStart.x);
        rotationEnd.y = rotationEnd.y + (y-rotationStart.y);
    }

    rotationStart.x = x;
    rotationStart.y = y;

    _currentRotation = CC3VectorMake(rotationEnd.y, rotationEnd.x, 0);
    NSLog(@"Current x is: %f y is: %f z is: %f",_currentRotation.x,_currentRotation.y,zRotationEnd);
}

以及相关的调用部分：

if(sender.numberOfTouches == 1)
    {
        BOOL started = false;
        CGPoint rotation = [sender translationInView:sender.view];
        float x = rotation.x;
        float y = rotation.y;
        if (sender.state == UIGestureRecognizerStateBegan)
        {
            started = true;
        }
        [self.glView rotateAroundX:x andY:y newRotate:started];
    }

Z旋转功能：

- (void) rotateAroundZ:(float) z newRotate:(BOOL) isNewRotate
{
    if (isNewRotate) {
        zRotationStart = 0;
    }
    zRotationEnd = zRotationEnd - (z - zRotationStart);
    zRotationStart = z;
}

以及相关的调用部分：

- (IBAction)rotation:(UIRotationGestureRecognizer *)sender {
    BOOL started = false;
    float rotation = RadiansToDegrees([sender rotation]);
    if (sender.state == UIGestureRecognizerStateBegan)
    {
        started = true;
    }
    [self.glView rotateAroundZ:rotation newRotate:started];
    NSLog(@"Rotation %f", rotation);
}

着色器：

attribute vec4 Position;
attribute vec4 SourceColor;

varying vec4 DestinationColor;

uniform mat4 Projection;
uniform mat4 Modelview;

attribute vec2 TexCoordIn;
varying vec2 TexCoordOut;

void main(void) {
    DestinationColor = SourceColor;
    gl_Position = Projection * Modelview * Position;
    TexCoordOut = TexCoordIn;
}

会非常感激任何帮助。

干杯

Answer 1

你的错误来了，因为你同时围绕着x，y和z旋转。问题在于，当对象的模型矩阵为identity时，z轴旋转围绕对象定义的z轴。

解决这个问题的最简单方法是使用复合矩阵乘法。基本上，通过将矩阵相乘，可以指定执行操作的顺序。

在您的情况下，您希望像以前一样应用“x-y”动画。然后，您需要执行z轴旋转。

类似于以下内容：（我从来没有写过cocos3d代码，所以这是基于对文档的快速搜索，可能会有打字错误）。

CC3GLMatrix* rotationXY = [CC3GLMatrix identity];
[rotationXY rotateBy: _currentRotation];

CC3GLMatrix* rotationZ  = [CC3GLMatrix rotateByZ: zRotationEnd];

[rotationXY multiplyByMatrix: rotationZ];

这应该给你正确的模型矩阵。最后，您需要乘以您的视图（相机）矩阵：

[rotationXY multiplyByMatrix: view];
[CC3GLMatrix copyMatrix: rotationXY into: modelView];

你现在应该看到你期望的行为。

Answer 2

看起来您正在尝试实现一个万向节。

虽然您似乎只使用Cocos3D作为基本的数据数学结构，但请看看这篇文章，它描述了在Cocos3D中创建万向节，这可能有助于为您指明正确的方向。

使用与万向节结构相匹配的嵌套结构对象（Cocos3D中的CC3Node）创建万向节更容易实现，而不是尝试将连续旋转应用于单个矩阵。但是，通过一些算法分析和实验，您可能能够提取所得的矩阵数学并在单个矩阵上实现它。

记住，一个成功的万向节需要以正确的顺序进行旋转。

Answer 3

简单的旋转。

这是基于触摸移动旋转对象的最简单方法。下面是一个例子

pseudocode:

Matrix.setIdentity(modelMatrix);

... do other translations here ...

Matrix.rotateX(totalYMovement);
Matrix.rotateY(totalXMovement);

这是做每一帧。

要向上或向下旋转物体，我们绕X轴旋转，要向左或向右旋转物体，我们绕Y轴旋转。如果我们想让一个物体旋转，我们也可以绕着Z轴旋转它。

这里有个教程