使用 glm 的飞行相机表现得很奇怪

如何解决使用 glm 的飞行相机表现得很奇怪

我正在开发一个 Vulkan 应用程序，想要实现一个“飞行相机”，它可以在任何地方自由移动。

我在场景中间放了一个立方体，我可以四处飞行。 相机位置完美无缺，但是一旦我在立方体周围移动，旋转就会变得奇怪。 当我在立方体的另一侧时，我通过鼠标给出的向上和向下方向会反转，而当我在立方体的任一侧时，它们根本不起作用。在这两者之间的任何地方，它只会做奇怪的圈子。请注意，这只影响上下移动，而不影响左右移动。

这里是它如何寻找我的演示，我只在立方体的每一侧按这个顺序上下移动鼠标（除了在它周围移动时）我为糟糕的帧速率道歉，我不得不转换它转为 gif 并降低质量： https://imgur.com/HxknkQV

视频快速说明： 首先，虽然看起来我左右移动了鼠标而没有移动看侧面，但我没有。除了我进入位置时，我每次都只上下移动。另一件事是，虽然对于立方体的相反位置，它可能看起来旋转有效，但实际上是倒置的。

这是我的相机代码：

#pragma once

#define GLM_FORCE_DEPTH_ZERO_TO_ONE
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtx/rotate_vector.hpp>



class Camera {

private:

    glm::mat4 _model;
    glm::mat4 _view;
    glm::mat4 _projection;
    
    glm::vec3 _position;
    glm::vec3 _up;

    glm::vec3 _moveSpeed = glm::vec3(0.08f);
    float _mouseSens = 0.005f;


public:
    glm::vec3 _direction;
    enum MovementType { FORWARD,BACKWARD,LEFT,RIGHT,UP,DOWN };


    Camera(uint32_t width,uint32_t height){

        _model = glm::mat4(1.0f);
        _projection = glm::perspective(glm::radians(90.0f),width / (float)height,0.01f,100.0f);
        _direction = glm::vec3(-2,0);
        _up = glm::vec3(0.0f,0.0f,1.0f);

        _position = glm::vec3(2.0f,0.0f);

        _projection[1][1] *= -1; //Because Vulkan uses different axis,hence the up Vector being different to an OpenGL application for example
    }


    void rotate(float amount,glm::vec3 axis){

        _direction = glm::rotate(_direction,amount * _mouseSens,axis);
    }


    void move(MovementType movement) {

        switch (movement)
        {
        case FORWARD:
            _position += _direction * _moveSpeed;
            break;
        case BACKWARD:
            _position -= _direction * _moveSpeed;
            break;
        case LEFT:
            _position -= glm::normalize(glm::cross(_direction,_up)) * _moveSpeed;
            break;
        case RIGHT:
            _position += glm::normalize(glm::cross(_direction,_up)) * _moveSpeed;
            break;
        case UP:
            _position += _up * _moveSpeed;
            break;
        case DOWN:
            _position -= _up * _moveSpeed;
            break;
        }
    }


    glm::mat4 getMVP() {

        _view = glm::lookAt(_position,_position + _direction,_up);
        return _projection * _view * _model;
    }
};

我们很乐意提供任何帮助，因为我在向量和矩阵计算方面并不是那么擅长，而且真的不知道如何解决这个问题。谢谢。

解决方法

在我看来，就像您在世界空间中旋转相机一样（但我不能确定，因为调用 Camera::rotate 的代码未包含在您的问题中）。

如果我的假设是正确的，在相机空间中旋转应该可以解决问题。 IE。假设 Camera::rotate 相对于当前相机空间的轴执行旋转，您必须将其转换回世界空间，这可以通过 _view 的逆来完成：

void rotate(float amount,glm::vec3 axis){
    auto directionCamSpace = glm::rotate(_direction,amount * _mouseSens,axis);
    _directionWorldSpace = glm::mat3(glm::inverse(_view)) * _direction;
}

然后将 _directionWorldSpace 与 glm::lookAt 一起使用：

glm::mat4 getMVP() {
    _view = glm::lookAt(_position,_position + _directionWorldSpace,_up);
    return _projection * _view * _model;
}

我担心这可能还没有引导您找到问题的最终解决方案，并且会出现进一步/其他人工制品，但至少应该让您更进一步。

实现此类相机的最佳方法可能是使用四元数来跟踪相机的旋转，使用累积的四元数旋转旋转相机的坐标系，然后使用 glm::inverse 从旋转相机的坐标系。 （使用这种方法您根本不需要 glm::lookAt。）