多发性骨骼旋转之谜

Question

我正在使用四元数和XNA蒙皮模型示例(几周以来……)。我从一些开源的感应板上收到了两组四元数，这些天你可以在网上买到。我能够写一些代码，这样我就可以接收这些四元数，并且能够用它们旋转四肢。现在我的问题如下。在我的例子中，我使用的是右上臂和右下臂，我可以分别旋转它们。我的初始位置如下图所示，非常完美。

http://i.imgur.com/c7qei.png“初始位置”

现在，当我想要向前旋转我的右臂时，我应该有我的最终位置，如下图右侧所示。但不知何故，结果是左侧的一个位置，但我真正的“身体”手臂指向前方。

http://i.imgur.com/tXCp6.png“理想最终位置(右)，实际错误位置(左)”

有些人认为下臂不能补偿上臂的旋转。我确信我遗漏了一小步。下面我把我正在使用的代码的关键部分放在下面

    protected override void Update(GameTime gameTime)
    {
        HandleInput();

        UpdateCamera(gameTime);

        // Read gamepad inputs.
        float initposition = currentGamePadState.ThumbSticks.Right.X;
        float armRotation = Math.Max(currentGamePadState.ThumbSticks.Right.Y, 0);

        // these quaternions are received from bluetooth
        Upper.Z = Fq1;
        Upper.Y = -Fq2;
        Upper.X = -Fq3; // set 1 quaternions
        Upper.W = Fq4;
        //***************************

        forearm.Z = Uq1;
        forearm.Y = -Uq2;
        forearm.X = -Uq3;
        forearm.W = Uq4; // set 2 quaternions





        // set initial position
        if (initialpos == true)
        {
            initposition = 0.9f;
            R_forTransform = Matrix.CreateRotationY(initposition);

            R_forarminderinit = skinningData.BoneIndices["R_UpperArm"];
            L_forTransform = Matrix.CreateRotationY(-initposition);
            L_forTransform = Matrix.CreateRotationX(-initposition);
            L_forTransform = Matrix.CreateRotationZ(-initposition);
            L_forarminderinit = skinningData.BoneIndices["L_UpperArm"];

         }


        // Create rotation matrices for the upper and lower arm bones.

        Matrix upperarmTransform = Matrix.CreateFromQuaternion(Upper);
        Matrix forearmTransform = Matrix.CreateFromQuaternion(forearm);



        animationPlayer.GetBoneTransforms().CopyTo(boneTransforms, 0);
        if (initialpos == true)
        {
            boneTransforms[R_forarminderinit] = R_forTransform * boneTransforms[R_forarminderinit];
            boneTransforms[L_forarminderinit] = L_forTransform * boneTransforms[L_forarminderinit];
        }

        int forearmindex = skinningData.BoneIndices["R_Forearm"];
        int upperarmindex = skinningData.BoneIndices["R_UpperArm"];
        boneTransforms[upperarmindex] = upperarmTransform * boneTransforms[upperarmindex];
        boneTransforms[forearmindex] = (forearmTransform) * boneTransforms[forearmindex];
        animationPlayer.UpdateWorldTransforms(Matrix.Identity, boneTransforms);
        animationPlayer.UpdateSkinTransforms();
        UpdateBoundingSpheres();
        base.Update(gameTime);
    }

我想问你是否能帮我解开这个谜团。我希望我已经尽可能清楚地描述了我的问题。此外，我要提前感谢您所做的努力。

你的

戴夫

Answer 1

在我看来，你有一些混淆的参照系。这是我认为我看到的：

你的外部传感器会报告它们相对于世界的方向。另一方面，渲染代码处理上臂参考帧中的下臂。

如果我们假设初始方向为q_u = 0,0,0,1和q_l=0,0,0,1，则当旋转手臂以指向前方时，新方向都是0、.707,0、.707或类似的方向，因为两个手臂分段都经历了/2π相对于世界的旋转。

渲染手臂时，可以通过q_u旋转整个手臂(而不仅仅是上臂)。这是有意义的，因为您希望确保肘部保持连接。但是，当您使用q_l旋转小臂时，因为它保持了肩膀的旋转，所以它已经旋转了两倍。如果你保持手臂伸直，但身体转过来，你会看到同样的事情发生:上臂会随着身体旋转的量而旋转，而下臂又会旋转同样的量。

也许处理此问题的最简单方法是将q_u从q_l中删除。如果q_k是小臂相对于上臂的旋转，则q_k = q_u' * q_l，其中q_u'是反四元数(只需对w分量求反)。