在相机不断移动时在Direct3D视图矩阵中定义

Question

在我的Direct3D应用程序中，可以使用鼠标或箭头键移动相机。但是如果我在 LookAtLH 中硬编码（0,1,0）作为向上方向向量，则框架在相机的某些方向上变为空白。

我刚刚学会了沿着Y轴观察的难度，（0,1,0）不再像向上方向一样（看起来很明显？）。我正在考虑将这些特殊情况转换为其他方面。是否有更优雅的方式来处理这个问题？

Answer 1

假设您可以计算向前指向的向量（您正在查看的位置 - 您的位置）和向右指向的向量（除非您可以滚动，否则始终位于XZ平面上）。将这两个向量归一化，然后向上向右x向右（其中x是叉积）。

一般情况下，您可以将偏航，俯仰和滚动插入旋转矩阵并旋转轴向量以向右，向上和向前移动，但我想这就是您使用LookAtLH来避免的。

请参阅 http://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_matrix#The_3- dimensional_rotation_matricies

Answer 2

处理此问题的优雅方法是使用单位四元数。四元数是4个值的向量，用于编码3D空间中的方向（不像某些文章所声称的那样是旋转），单位四元数是向量长度sqrt（x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2 + w ^ 2）是1.0。有一组用于处理四元数的数学运算，类似于使用矩阵来编码旋转，四元数永远不能代表退化方向。当您需要将结果提供给GPU时，您可以自由地将四元数转换为3x3或4x4矩阵。

问题在于，当您移动相机时，您会在相机的向上方向上引入一点扭曲。通过强制相机在每次迭代时将自身重新定位在（0,1,0）矢量上，您实际上是旋转相机然后将相机的方向夹紧以保持在球体表面上，但是当您的相机击中时这个领域的极点没有好的方向来称呼“向上”。并且您的矩阵变为单数并且为您提供零大小的多边形（因此黑屏）。四元数能够通过这些极点进行插值，并且从另一侧出来就好了，随时为您提供有效的矩阵。你所要做的就是控制“扭曲”。

要测量这种扭曲，你应该阅读Ken Shoemake的文章“Fiber Bundle Twist Reduction”。在图形宝石4一书中，他展示了一种很好的方法来衡量这种积累的扭曲，以及如何在它令人反感时将其移除。