osg,由eye,center,up生成的左乘,右手坐标系的矩阵

本文介绍了一种通过给定观察者位置、观察中心点和向上方向来构建视图矩阵的方法。该方法首先计算出正交的三个方向向量,并利用这些向量构建旋转分量,再结合平移分量得到完整的视图矩阵。

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    Vec3d f(center-eye);
    f.normalize();
    Vec3d s(f^up);
    s.normalize();
    Vec3d u(s^f);
    u.normalize();

    set(
        s[0],     u[0],     -f[0],     0.0,
        s[1],     u[1],     -f[1],     0.0,
        s[2],     u[2],     -f[2],     0.0,
        0.0,     0.0,     0.0,      1.0);//旋转分量

    preMultTranslate(-eye);//平移分量

    //------可以从线性相关表示

     E(x, y,z) = E(eye1, eye2, eye3) + (s, u, -f)(x1, y1, z1);

     (x1, y1, z1)= (x - eye1, y - eye2, z - eye3) * (s, u, -f);

     x1, y1,z1为某点在(s, u,-f)组成的右手观察坐标系下的坐标,x,y,z为某点在单位E下的坐标

    受眼睛的位置影响,在第四行 osg::vec3d v = -eye;

   mm[4][0] = v[0] * s[0] + v[1] * s[1] + v[2] * s[3];

   mm[4][1] = v[0] * u[0] + v[1] * u[1] + v[2] * u[3];

   mm[4][2] = v[0] * f[0] + v[1] * f[1] + v[2] * f[3];

 

void Matrix_implementation::getLookAt(Vec3f& eye,Vec3f& center,Vec3f& up,value_type lookDistance) const
{
    Matrix_implementation inv;
    inv.invert(*this);


    eye = osg::Vec3f(0.0,0.0,0.0)*inv;


    up = transform3x3(*this,osg::Vec3f(0.0,1.0,0.0));


    center = transform3x3(*this,osg::Vec3f(0.0,0.0,-1));


    center.normalize();


    center = eye + center*lookDistance;
}    

   

 

转载于:https://www.cnblogs.com/lizhengjin/archive/2010/09/16/1828500.html

<think>好的,我现在需要回答关于OSG库中右手坐标系的使用方式和实现原理的问题。首先,我需要仔细阅读用户提供的引用内容,确保理解每个引用的关键点,然后整理这些信息,形成一个结构清晰的回答。同时,我还需要生成相关问题,并确保所有数学表达式和独立公式的格式正确。 首先,用户提供的引用有四个,分别涉及OSG坐标系的方向、与其他库(如OpenGL、DirectX)的区别、坐标转换规则以及数学基础。我需要将这些信息综合起来,解释OSG右手坐标系的具体使用方式和实现原理。 接下来,根据引用内容,OSG使用右手坐标系,但各轴方向与OpenGL不同。比如,引用1和引用2提到,OSG的X轴向右,Y轴向内(垂直于屏幕),Z轴向上。而OpenGL的坐标系中,Z轴是朝外的,Y轴向上,X轴向右。引用3还提到,OSG坐标系可以视为OpenGL坐标系绕X轴旋转后的结果。此外,引用1中的坐标转换公式V' = V * Mn * ... * M0,说明局部坐标到世界坐标的转换是通过矩阵连乘实现的,这可能涉及旋转、平移和缩放矩阵的组合。 在实现原理方面,引用1提到OSG使用osg::Matrix、osg::Vec3和osg::Quat等类来处理坐标变换。这些类可能封装了矩阵运算、向量操作和四元数旋转等功能,从而支持坐标系的转换。例如,矩阵乘法顺序(V * M0 * M1 ...)可能表示局部坐标系经过一系列变换矩阵后得到世界坐标,这与行主序矩阵有关。 另外,引用3中的摄像机设置示例显示,默认视点位于原点,看向Z轴负方向(即XOY平面),而向上向量是Y轴正方向,这进一步印证了OSG坐标系中Y轴朝内、Z轴向上的特点。这可能影响摄像机矩阵的构建和物体的位置计算。 需要注意的是,右手坐标系的实现还涉及到叉乘方向,如右手法则确定的正方向。在OSG中,进行旋转或坐标变换时,可能需要遵循右手法则来确定旋转方向或轴的方向。 现在,我需要将这些点组织成一个连贯的回答,分点说明坐标系方向、与其他库的区别、坐标转换规则、数学类的作用以及实现原理中的矩阵运算。同时,确保使用正确的中文表达,并检查LaTeX格式是否正确,比如矩阵乘法的表示是否使用$$...$$或$...$。 在生成相关问题部分,需要围绕OSG坐标系的应用、与其他库的转换、矩阵运算、摄像机设置以及数学基础等方面提问,确保问题相关且有深度。 最后,要确保引用标识正确添加到对应的内容末尾,例如在提到坐标轴方向时引用[^2],在转换规则时引用[^1],在摄像机示例时引用[^3],在数学基础时引用[^4]。</think>### OSG库中右手坐标系的使用与实现原理 #### 一、坐标系定义与方向 OSG采用**右手坐标系**,其坐标轴定义如下: - **X轴**:屏幕水平方向,右侧为正方向 - **Y轴**:垂直于屏幕方向,向屏幕内为正方向 - **Z轴**:屏幕竖直方向,向上为正方向[^2][^3] 这种定义与OpenGL不同(OpenGL的Z轴朝外,Y轴向上,X轴向右),但通过将OpenGL坐标系绕X轴旋转90°可得到OSG坐标系[^3]。 #### 二、坐标变换实现原理 1. **数学基础类** - 坐标变换通过$osg::Matrix$(矩阵)、$osg::Vec3$(三维向量)、$osg::Quat$(四元数)实现[^1] - 矩阵运算遵循行主序规则,局部坐标转世界坐标公式为: $$V' = V \cdot M_0 \cdot M_1 \cdot \dots \cdot M_n$$ 其中$V$为局部坐标顶点,$M_i$为变换矩阵[^1] 2. **矩阵运算特性** - 矩阵连乘顺序体现变换叠加效果 - 示例:先平移后旋转的变换需写成$V \cdot T \cdot R$(T为平移矩阵,R为旋转矩阵) 3. **摄像机坐标系** 默认摄像机参数: ```cpp vecEye = (0,0,0) // 视点位置 vecCenter = (0,0,-1) // 观察方向指向Z轴负方向 vecUp = (0,1,0) // 上方向为Y轴正方向[^3] ``` 这表明默认观察平面为XOY平面,符合Z轴向上的特性。 #### 三、与其他库的对比 | 特性 | OSG | OpenGL | DirectX | |---------------|----------------|----------------|----------------| | **坐标系类型** | 右手系 | 右手系 | 左手系 | | **Z轴方向** | 向上 | 向外 | 向里 | | **Y轴方向** | 向屏幕内 | 向上 | 向上 | #### 四、实现验证方法 1. **几何体测试**:在原点创建立方体,观察默认渲染方向 2. **矩阵追踪**:使用$osg::MatrixTransform$记录变换过程 3. **坐标系可视化**:通过HUD显示当前摄像机参数
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