C#DirectX3D开发(1) 摄像机旋转问题,旋转上下90度时出问题

问题描述：

当绕X轴旋转时，从90度旋转到-90度正常，再继续旋转时无法旋转过去，不能达到360度旋转，求高手赐教。
自己搜索了，有人碰到相同问题：

为了有人搜索时能找到这里，把他们的描述也贴出来：

求高手赐教，本人正在学习基于C#的directx开发，在摄像机旋转遇到问题了,无法绕X轴旋转360度。附部分代码 

（http://bbs.youkuaiyun.com/topics/390441832?page=1）

最近在做一个项目是使用C#模拟一些简单的3D，在网络上早到了一些C#的代码，过程还好，但是唯一头痛的问题就是摄像机旋转到垂直方向后就不能继续旋转，结构翻转到了原始位置，代码如下，希望大家帮我修改一下，我想是做个判断就可以了，但是我对三维空间不是很清楚。希望大家帮个忙哦。

http://bbs.youkuaiyun.com/topics/390441832?page=1

但没找到解决方案，只能自己研究下看看。

花了半天多总算解决了：在每次转过上下90度时把upVector取反就行了。

现在想想前面的第二位既然是项目，应该最终也解决了。

相关代码：

private void RotateXAxis(float angleSpeed)
        {
            Rotate(XAxis, angleSpeed);//旋转
            Vector3 lastXAixs = XAxis;//保存上次的x轴
            SetDeviceView();//这里面XAxis的值发生了变化
            Vector3 newXAixs = XAxis;//现在的x轴值
            double flag = Vector3.Dot(lastXAixs, newXAixs);
            if (flag < 0)//旋转变化后x轴是否反方向了
            {
                //修改向上方向
                UpVector.X *= -1;
                UpVector.Y *= -1;
                UpVector.Z *= -1;
            }
        }
        private void RotateYAxis(float angleSpeed)
        {
            Rotate(ZAxis, angleSpeed);
            SetDeviceView();
        }
        private void Rotate(Vector3 xAxis, float angle)
        {
            //Console.Write("xAxis:({0},{1},{2})\n", xAxis.X, xAxis.Y, xAxis.Z);
            //WriteInfo();
            Vector4 tempV4 = Rotate(R, xAxis, angle);
            //Console.Write("tempV4:({0},{1},{2},{3}) {4}\n", tempV4.X, tempV4.Y, tempV4.Z, tempV4.W, tempV4.Length());
            Postion.X = Target.X + tempV4.X;
            Postion.Y = Target.Y + tempV4.Y;
            Postion.Z = Target.Z + tempV4.Z;
            //Console.Write("Postion:({0},{1},{2})\n", Postion.X, Postion.Y, Postion.Z);
        }

以下是研究过程的记录，比较乱，仅做记录。

计算视图矩阵时，z轴是从position指向target的向量zAxis（R），给一个upVector，将upVector和zAxis相乘，得到一个xAxis。根据叉积方向和两向量垂直，实际上，最后的yAxis应该是和upVector方向平行的。

问题是，特殊情况，如果upVector和zAxis平行呢？

A B 的叉积的大小等于a*b*sin<a,b>，当平行时，方向不定，大小为零了。

这绝对是一种异常情况，或许就是这个导致了90度无法转过去……

那样的话，是不是让upVector不和zAxis平行就行呢？

问题在于让R绕自身的x轴旋转的话，必定会转到y轴，也就是upVector，此时，就会出现异常。

那只要让R不绕x轴旋转就行了吧，比如旋转的时候给转动的向量（x轴）加一个(1,1,1)的偏移，不会出现转不过的问题，但是旋转轨迹怪怪的，而且无论上下，最终都会在某个角度徘徊。不会形成一个圈。难道是那种无限缩小的圈吗？

 

那还是在接近平行时判断一下，想办法绕开那个特殊情况？

计算两向量的夹角，A*B/|A|*|B|=sin<A,B>

可以判断出来，怎么绕开呢？多转一些，直接绕过去？

如果绕着固定的轴 Vector3 XVector = new Vector3(1, 0, 0); 旋转，则不会转不过，而是转过90度后就又重新反向转回来了。

找到无法绕过去的原因了。

绕着xAxis轴旋转时，xAxis一般是固定不变的，但绕过某个角度后，xAxis的方向会突然反一下。

然后，相当于又沿反方向绕回来了。不断地反复，就停在那了。绕过去之后，要绕的角度就应该变个方向。

感觉和发电机中的电流流向原理有点像，当经过一个角度时，线圈（或其他某个结构）要反一下。

加个标志能判断是否反向一次，然后让标识反一下，就好了。

但是这样虽然不会停在那里，还是绕不过90度，就和前面围绕固定的(1, 0, 0)效果一样，会重新反向转回来。

不对，看起来是反转了，但从数字上看，Position确实是有绕一圈

 

 

另外，如果  Postion = new Vector3(10, 10, -50); Target = newVector3(10, 10, 0);。则在绕过去的时候会左右反一下。

而，如果  Postion = new Vector3(10, 10, -50); Target = newVector3(0, 0, 0);。则不会左右颠倒。

说明Target在原点时就不会了。

用茶壶看时发现，实际上Target在原点时也会左右颠倒的，只是原来是中心对称，看不出来。

可能在那个特殊时刻，要对z轴旋转一下。

看来是上下左右都颠倒一下，之前只看到左右颠倒也是因为对称的关系。

对z轴旋转180度吧。

但摄像机实际是只是一个向量而已，所谓的沿z轴旋转式没有任何效果的。

也就是说，问题可能处在摄像机之外，投影变换吗？

好像也不是，投影变换没有相应的参数。

发现摄像机有个参数一直被遗忘，向上方向。上下颠倒的话不就是上下左右都变了吗？

可以！

不过还有一瞬间的上下左右颠倒，应该是修改upVector的时机不对吧，再改改。

 

总数解决了，前面的处理都是只看到问题的一小部分所作的修正，并没有解决问题核心，虽然也起到一步一步慢慢接近问题核心的作用。

总之就是要修改向上方向(upVector)，在每次转过上下90度时把upVector取反就行了。

实际上从一开始，转到上下90度的时候，上下左右前后都会颠倒。

之所以为什么会这样，可能真的和发电机中的那个现象一样吧。

不管了，程序能用了。