SceneKit applyTorque

Question

我正在尝试applyTorque到我场景中的一个节点。这些文件指出：

扭矩矢量的每个分量与包含物理体的SCNNode物体的局部坐标系中围绕对应轴的旋转有关。例如，应用{0.0，0.0，1.0}的扭矩会导致节点逆时针旋转其z轴。

然而，在我的测试中，物理动画似乎不影响物体的实际位置。因此，轴保持静态(即使实际节点明显地移动)。这导致扭矩总是从相同的方向施加(当场景开始时，z轴在哪里)。

我想要能够应用扭矩，以便它总是常数相对于对象(例如，使节点逆时针旋转围绕节点的presentationNode的z轴，而不是位置节点有(had？)当场景启动时)

Answer 1

SceneKit使用每个节点的两个版本:模型节点定义静态行为，表示节点实际上涉及到动态行为并在屏幕上使用。这种划分反映了核心动画中使用的功能，并启用了诸如隐式动画之类的功能(在这里，您可以将node.position设置为新值，而无需查询node.position的其他代码部分在动画期间处理中间值)。

物理在表示节点上运行，但在某些情况下--比如这个--需要在场景空间中输入。

然而，表示节点和场景之间唯一的区别在于坐标空间，所以您所需要做的就是将矢量从表示空间转换为场景空间。(场景的根节点不应该被物理、动作或动画转换，因此模型场景空间和表示场景空间之间没有实际差别。)为此，请使用SceneKit提供的坐标转换方法之一，如convertPosition:fromNode:。

这里有一个斯威夫特游乐场，说明了你的困境：

import Cocoa
import SceneKit
import XCPlayground

// Set up a scene for our tests
let scene = SCNScene()
let view = SCNView(frame: NSRect(x: 0, y: 0, width: 500, height: 500))
view.autoenablesDefaultLighting = true
view.scene = scene
let cameraNode = SCNNode()
cameraNode.camera = SCNCamera()
cameraNode.position = SCNVector3(x: 0, y: 0, z: 5)
scene.rootNode.addChildNode(cameraNode)
XCPShowView("view", view)

// Make a pyramid to test on
let node = SCNNode(geometry: SCNPyramid(width: 1, height: 1, length: 1))
scene.rootNode.addChildNode(node)
node.physicsBody = SCNPhysicsBody.dynamicBody()
scene.physicsWorld.gravity = SCNVector3Zero // Don't fall off screen

// Rotate around the axis that looks into the screen
node.physicsBody?.applyTorque(SCNVector4(x: 0, y: 0, z: 1, w: 0.1), impulse: true)

// Wait a bit, then try to rotate around the y-axis
node.runAction(SCNAction.waitForDuration(10), completionHandler: {
    var axis = SCNVector3(x: 0, y: 1, z: 0)
    node.physicsBody?.applyTorque(SCNVector4(x: axis.x, y: axis.y, z: axis.z, w: 1), impulse: true)
})

第二次旋转有效地围绕着屏幕的y轴旋转金字塔，而不是金字塔的y轴--通过金字塔顶端的金字塔。正如您注意到的，它在第一次旋转之前围绕金字塔的y轴旋转；即场景的y轴(不受物理影响)，而不是表示节点(通过物理旋转)的y轴。

要修复它，请插入以下行(在以var axis开头的行之后)：

axis = scene.rootNode.convertPosition(axis, fromNode: node.presentationNode())

对convertPosition:fromNode:的调用说：“在场景坐标空间中给我一个与表示节点空间中的向量等价的向量”。当你在转换轴周围施加扭矩时，它会有效地转换回表示节点的空间来模拟物理，所以你会看到它绕着你想要的轴旋转。

更新:出现了一些坐标空间错误，但最终结果几乎是一样的。

Answer 2

不幸的是，rickster提供的解决方案对我不起作用：

试图解决这个难题，我创造了(我认为是)一个非常不合标准的解决方案(更多的是一个概念的证明)。它包括在我要查找的轴上创建(null)对象，然后使用它们的位置找到与轴对齐的向量。

因为我有一个相当复杂的场景，所以我正在从一个COLLADA文件中加载它。在该文件中，我建立了一个简单的坐标三脚架模型:三个正交的圆柱顶部有锥(使它更容易想象正在发生的事情)。

然后，我将这个三脚架对象约束到我试图应用扭矩的对象上。这样，我有对象，可以让我检索两个点的presentationNode轴上的对象，我试图应用扭矩。然后，我可以用这两点来确定矢量来应用扭矩。

// calculate orientation vector in the most unimaginative way possible

// retrieve axis tripod objects. We will be using these as guide objects.
// The tripod is constructed as a cylinder called "Xaxis" with a cone at the top.
// All loaded from an external COLLADA file.

SCNNode *XaxisRoot = [scene.rootNode childNodeWithName:@"XAxis" recursively:YES];
SCNNode *XaxisTip = [XaxisRoot childNodeWithName:@"Cone" recursively:NO];


// To devise the vector we will need two points. One is the root of our tripod,
// the other is at the tip. First, we get their positions. As they are constrained
// to the _rotatingNode, presentationNode.position is always the same .position
// because presentationNode returns position in relation to the parent node.

SCNVector3 XaxisRootPos = XaxisRoot.position;
SCNVector3 XaxisTipPos = XaxisTip.position;


// We then convert these two points into _rotatingNode coordinate space. This is
// the coordinate space applyTorque seems to be using.

XaxisRootPos = [_rotatingNode convertPosition:XaxisRootPos fromNode:_rotatingNode.presentationNode];
XaxisTipPos = [_rotatingNode convertPosition:XaxisTipPos fromNode:_rotatingNode.presentationNode];

// Now, we have two *points* in _rotatingNode coordinate space. One is at the center
// of our _rotatingNode, the other is somewhere along it's Xaxis. Subtracting them
// will give us the *vector* aligned to the x axis of our _rotatingNode

GLKVector3 rawXRotationAxes = GLKVector3Subtract(SCNVector3ToGLKVector3(XaxisRootPos), SCNVector3ToGLKVector3(XaxisTipPos));

// we now normalise this vector
GLKVector3 normalisedXRotationAxes = GLKVector3Normalize(rawXRotationAxes);

//finally we are able to apply toque reliably
[_rotatingNode.physicsBody applyTorque:SCNVector4Make(normalisedXRotationAxis.x,normalisedXRotationAxis.y,normalisedXRotationAxis.z, 500) impulse:YES];

正如您可能看到的，我在SceneKit方面非常缺乏经验，但是即使我也可以看到简单得多的优化解决方案确实存在，但我找不到它：

Answer 3

最近，我遇到了同样的问题，如何将扭矩从对象的局部空间转换为applyTorque方法所需的世界空间。使用节点的convertPosition:toNode和fromNode方法的问题是，它们也在将节点的转换应用于扭矩，因此只有当节点在0、0、0时才能工作。这些方法所做的是将SCNVector3视为w组件为1.0的vec4。我们只想应用旋转，换句话说，我们希望vec4的w分量是0。与SceneKit不同的是，GLKit为我们提供了两种选择，说明我们希望如何将vec3s相乘：

GLKMatrix4MultiplyVector3，其中

输入向量被视为4分量向量，w分量为0.0.

和GLKMatrix4MultiplyVector3WithTranslation在哪里

输入向量被视为4分量向量，w分量为1.0.

我们想要的是前者，只是旋转，而不是平移。

所以，我们可以往返GLKit。例如，要将局部x轴(1,0,0) (如螺距旋转)转换为施加扭矩所需的全局轴，如下所示：

    let local = GLKMatrix4MultiplyVector3(SCNMatrix4ToGLKMatrix4(node.presentationNode.worldTransform), GLKVector3(v: (1,0,0)))
    node.physicsBody?.applyTorque(SCNVector4(local.x, local.y, local.z, 10), impulse: false)

但是，更快的方法是为mat4 * vec3添加一个mat4* vec3操作符，它将vec3当作一个带有0.0w组件的vec4。如下所示：

func * (left: SCNMatrix4, right: SCNVector3) -> SCNVector3 { //multiply mat4 by vec3 as if w is 0.0
    return SCNVector3(
        left.m11 * right.x + left.m21 * right.y + left.m31 * right.z,
        left.m12 * right.x + left.m22 * right.y + left.m32 * right.z,
        left.m13 * right.x + left.m23 * right.y + left.m33 * right.z
    )
}

虽然这个操作符假设我们希望我们的vec3s被乘以，但我在这里的推理是，由于convertPosition方法已经将w作为1来处理，如果有一个*操作符也这样做的话，那将是多余的。

您还可以添加一个mat4 * SCNVector4操作符，它允许用户选择他们希望w是0还是1。

因此，我们不必再往返于SceneKit到GLKit，我们只需写：

    let local = node.presentationNode.worldTransform * SCNVector3(1,0,0)
    node.physicsBody?.applyTorque(SCNVector4(local.x, local.y, local.z, 10), impulse: false)

您可以使用此方法通过一个applyTorque调用在多个轴上应用旋转。因此，如果您有棒输入，您希望在棒上的x是偏航(本地yUp-轴)和y在棍子上是螺距(本地x-轴)，但在飞-sim风格的“向下拉回/向上”，那么您可以设置为SCNVector3(input.y, -input.x, 0)。