Как я могу вращаться вокруг камеры относительно ее целевой точки?

Я рисую сцену, где камера свободно перемещается по вселенной. Класс камеры отслеживает точку обзора (или просмотра ), положение камеры и вектор вверх. Эти векторы / точки затем передаются в gluLookAt.

Панорамирование и масштабирование почти тривиальны для реализации. Тем не менее, я нахожу поворот вокруг взгляда на точку гораздо более серьезной проблемой. Я хочу написать функцию Camera.rotate, которая принимает 2 угла, один, который вращается вверх / вниз, и другой, который вращается влево / вправо вдоль воображаемой сферы, которая сосредоточена вокруг взгляда на точку.

Есть простой способ сделать это?

Я (кратко) прочитал о кватернионах, но я хотел посмотреть, было ли более простое решение, учитывая относительно простую конструкцию моей сцены.

То, что вы просите, называется ротацией Arcball. Кватернионы - это простое решение, только если вы понимаете, как они работают. Однако вы можете достичь того же самого без кватернионов.

Предпосылки

Вы знаете, как вращать объекты в целом? Допустим, у вас есть объект в начале координат. Знаете ли вы, как вы поворачиваете его (подсказка: умножьте на некоторую матрицу вращения)? Если да, то я предполагаю, что вы знаете, что произойдет, если вы сначала переведите объект, а затем поверните его?

Вы должны знать, как рассчитать матрицу вращения по оси угла (просто, как круговая диаграмма, посмотрите на множество онлайн-уравнений, многие из них также дают вам код)

Решение

• Получить камеры вверх и вправо векторов. Обратите внимание, что они должны быть нормализованы.
• Получить вектор от точки фокусировки на камеру (camPosition - Focus). Это вектор, который вы собираетесь вращать. Давайте назовем это camFocusVector .
• Решите, сколько вы хотите повернуть в рысканье / тангаже по отношению к камере
• Создайте две матрицы вращения. Матрица первого поворота будет использовать вверх камеры как оси и поворот вокруг вертикальной оси под углом , что вы решили. Матрица второго поворота будет использовать право камеры в качестве оси и тангажа угла , который вы решили.
• Теперь поверните camFocusVector с новыми матрицами вращения. Теперь это ваша новая позиция камеры относительно начала координат. Мы, конечно, хотим, чтобы это было относительно точки фокуса ...
• Добавьте положение точки фокусировки в camFocusVector . Теперь это новая позиция вашей камеры. Переведите свою камеру соответственно.
• Наконец, попросите камеру сфокусироваться на точке фокусировки, вызвав функцию lookAt ()

Предостережения

Вам придется следить за определенными случаями или особенностями, при которых ваша камера перестанет работать. Глядя прямо вниз / вверх, например. Я дам вам понять, как с этим справиться.

EDIT1: Как пересчитать ортонормированные векторы камеры

Вы уже знаете направление камеры ((cameraPos - focusPoint) .normalize ()). Теперь предположим, что у вашей камеры вверх + Y (или если текущая верхняя ось вашего мира ... это зависит от вас). Теперь просто пересечь направление с вверх , чтобы получить право . Выполнено? Нет! Ваш верхний вектор больше не является ортогональным к двум другим. Чтобы исправить это, перекрестное право с руководством , и вы получите ваш новый вверх .

Обратите внимание, что Грам-Шмидт действительно то, что следует использовать для ортонормирования векторов.

Опять же, обратите внимание на предостережения, так как в некоторых случаях это не сработает (например, направление параллельно вверх ).

Что вам нужно, это обычная камера ArcBall, которая в основном представляет собой камеру, которая сохраняет местоположение цели и позволяет вам перемещать камеру «сферически» вокруг этой цели.

Это в XNA, но IIRC я ​​использовал эту реализацию раньше, и она работала довольно хорошо:

http://roy-t.nl/index.php/2010/02/21/xna-simple-arcballcamera/

Вот мой код для поворота вокруг точки, и я часто использую его.

float distance;      // Straight line distance between the camera and look at point

// Calculate the camera position using the distance and angles
float camX = distance * -sinf(camAngleX*(M_PI/180)) * cosf((camAngleY)*(M_PI/180));
float camY = distance * -sinf((camAngleY)*(M_PI/180));
float camZ = -distance * cosf((camAngleX)*(M_PI/180)) * cosf((camAngleY)*(M_PI/180));

// Set the camera position and lookat point
gluLookAt(camX,camY,camZ,   // Camera position
          0.0, 0.0, 0.0,    // Look at point
          0.0, 1.0, 0.0);   // Up vector

Этот очень простой алгоритм для достижения этого довольно крутой:

Будучи P центральной точкой, которую вы хотите повернуть (точка «взгляда» или «цели»):

translate(-P)

rotate horizontal
rotate vertical

translate(P)

Я использовал это, и это приятно.

Источник найден на дочернем сайте stackoverflow: /programming/287655/opengl-rotating-a-camera-around-a-point