SceneKit - 映射物理360度旋转

Question

我很难将设备运动（传感器融合）映射到SceneKit节点旋转。问题的前提如下，

我有球体，并且相机定位在球体内部，使得球体的几何中心和相机节点的中心重合。我想要实现的是当我围绕一个点物理旋转时，运动也需要准确地映射到相机上。

具体实施细节如下：

我有一个节点，一个球体作为几何体，并且是一个子节点。我正在使用传感器融合来获得姿态四元数，然后将它们转换为欧拉角。代码是：

- (SCNVector3)eulerAnglesFromCMQuaternion:(CMQuaternion) {
    GLKQuaternion gq1 =  GLKQuaternionMakeWithAngleAndAxis(GLKMathDegreesToRadians(90), 1, 0, 0);
    GLKQuaternion gq2 =  GLKQuaternionMake(q.x, q.y, q.z, q.w);
    GLKQuaternion qp  =  GLKQuaternionMultiply(gq1, gq2);
    CMQuaternion rq =   {.x = qp.x, .y = qp.y, .z = qp.z, .w = qp.w};
    CGFloat roll = atan2(-rq.x*rq.z - rq.w*rq.y, .5 - rq.y*rq.y - rq.z*rq.z);
    CGFloat pitch = asin(-2*(rq.y*rq.z + rq.w*rq.x));
    CGFloat yaw = atan2(rq.x*rq.y - rq.w*rq.z, .5 - rq.x*rq.x - rq.z*rq.z);
    return SCNVector3Make(roll, pitch, yaw);
}

转换方程来自3D Math Primer for Graphics and Game Development。我曾经预订作为参考，没有读过它。但绝对在我的阅读清单上。

现在模拟SceneKit中的物理旋转，我正在旋转包含SCNCamera的节点。这是rootNode的孩子。我正在使用.rotation属性来做同样的事情。这里需要注意的一点是，现在我的设备动作更新线程看起来像这样

[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryCorrectedZVertical toQueue:mq withHandler:^(CMDeviceMotion *motion, NSError *error) {
    CMAttitude *currentAttitude = motion.attitude;
    [SCNTransaction begin];
    [SCNTransaction setDisableActions:YES];
    SCNVector3 v = [self eulerAnglesFromCMQuaternion:currentAttitude.quaternion];
    self.cameraNode.eulerAngles = SCNVector3Make( v.y, -v.x, 0); //SCNVector3Make(roll, yaw, pitch)
    [SCNTransaction commit];
}];

这里需要注意的是设备和SceneKit节点的欧拉角是不同的。链接解释了他们。

SceneKit Euler Angles

CMAttitude Euler Angles

在我的理解中，两者之间的映射就是这样的。

现在我面临的问题是，相机的360度旋转在我的物理旋转到一个点之前结束了。我试图通过以下图片进行调整。

我怀疑四元数 - >欧拉角转换是否会导致错误，四元数数学现在已经超出了我的想象。

我希望我已经提供了所有信息，如果需要更多信息我很乐意添加。

Answer 1

感谢您对问题的描述和解决方案的开始！我很确定这不能用欧拉角来完成，因为gimbal lock（松散的1自由度）。

适用的解决方案是获得姿态并使用四元数来设置摄像机的方向：

[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryCorrectedZVertical toQueue:myQueue withHandler:^(CMDeviceMotion *motion, NSError *error) {
    CMAttitude *currentAttitude = motion.attitude;
    [SCNTransaction begin];
    [SCNTransaction setDisableActions:YES];

    SCNQuaternion quaternion = [self orientationFromCMQuaternion:currentAttitude.quaternion];
    _cameraNode.orientation = quaternion;

    [SCNTransaction commit];
}];
- (SCNQuaternion)orientationFromCMQuaternion:(CMQuaternion)q
{
    GLKQuaternion gq1 =  GLKQuaternionMakeWithAngleAndAxis(GLKMathDegreesToRadians(-90), 1, 0, 0); // add a rotation of the pitch 90 degrees
    GLKQuaternion gq2 =  GLKQuaternionMake(q.x, q.y, q.z, q.w); // the current orientation
    GLKQuaternion qp  =  GLKQuaternionMultiply(gq1, gq2); // get the "new" orientation
    CMQuaternion rq =   {.x = qp.x, .y = qp.y, .z = qp.z, .w = qp.w}; 

    return SCNVector4Make(rq.x, rq.y, rq.z, rq.w);
}

Answer 2

如果CoreMotion和SceneKit不对欧拉角使用相同的约定，那么您可以使用中间节点来简化转换。例如，通过具有如下层次结构：

YawNode
  |
  |___PitchNode
      |
      |___RollNode
          |
          |___CameraNode

YawNode，PitchNode，RollNode只能围绕一个单轴旋转。然后通过在层次结构顺序上播放，您可以重现CoreMotion的约定。

话虽这么说，我不确定转换四元数 - > euler是个好主意。我怀疑你不会在0 / PI / 2PI等角度进行连续/平滑过渡......我会尝试使用quaternion-> matrix4来更新节点的“变换”。