【qml-11】Quick3D实现机器人欧拉旋转、拖动视角

背景：

上一篇记录了使用Quick3D实现了一个晶圆机器人示教器的展示。更多是从零开始的实现思路。在制作过程中，有些问题比较头疼，甚至是有悖于人类的正常思维的。所以本次主要记录曾有疑问的要点。

因为我接触这些不超过三天，所以谈不上学术性，只能是个人记录。看官若要得到权威理论，还是要看正规著作。

坐标轴：

默认坐标轴是眼睛面向屏幕而言：x轴向右，y轴向上，z轴向外。

我得到模型默认也是这样的。

机器人组合完也是这样的：

上图已经加上颜色了。

所以组合时一定要记着这个规律。最后要实现最终想要的效果，是一定要进行整体旋转的。

用右手表示xyz轴时，大拇指x，食指y，中指z。

旋转方向：

旋转的概念是以坐标轴为基础而言的，以中学平面解析几何为例，x轴向右，y轴向上。假设以原点为轴，画一条直线与x轴夹角30度。

这种再常见不过的概念，在3d世界里叫围绕z轴转30度。

因为只看xy平面时，z轴正好是垂直屏幕向外的，也就是冲着人类眼睛的。

所谓对那个轴旋转，就是围绕这个轴旋转。这个轴的正数方向正对眼睛，角度是以平面几何的方向计算的，也就是逆时针方向是增大，顺时针是减小。

其实就是物理电学中的右手定则，大拇指指向坐标轴正数方向，四指弯曲指向角度增长方向。

欧拉旋转eulerRotation：

欧拉旋转的单位是角度，也是通常推荐使用的方式。还有四元旋转，我试过意义不大，实际开发中欧拉旋转即可。

三维空间旋转都是围绕坐标轴而言的，可以一次性指定三个轴的旋转角度：

        eulerRotation：Qt.vector3d(40, 40, 40)

也可以分别指定：

        eulerRotation.x：30

        eulerRotation.y：60

        eulerRotation.z：90

Qt.vector3d这个函数很有用，通常用于为三个轴指定参数。

重要的是，欧拉旋转是有顺序的，qt手册里提到顺序概念，是zxy，但我试出来是yxz。亦即如果要依次围绕xyz轴旋转，得按照这个顺序，否则就万向节锁死。啥叫锁死？实践中就是比如：

起始默认：x轴向右，y轴向上，z轴垂直屏幕向外。

我们希望某物体旋转时，xyz轴的三维空间能够保持。但实际是得按顺序逐个转，如果不按顺序，后转的轴就会保持上次的方向，不跟随三维空间一起转。

以上面的机器人为例，先看正确顺序yxz：

上面依次旋转90度，自己一边比划一边看，是正确的。

如果按照一个错误的顺序，比如xyz或者xzy再试试：

x之后，y旋转时，显然y还是初始方向，以向上为基准转的右手定则。后面z向下本来是对的，但因为前面y错了，所以z旋转又把y那次转回来了，最终还是错。

x之后，z旋转时，z向下是对的，因为z本来就该在x之后。再y旋转时，还是等于y向上做的右手定则，最终错。

所以我是尝试了很多次才明确，旋转的顺序就是yxz。

至于顺序影响结果的原因，AI说与矩阵算法有关，如果不是专门搞这个的，可以不深究，知道这个特性即可。

单位分离：

上述欧拉旋转的顺序问题，前提是针对一个3d单位进行xyz旋转。

实际制作时，机器人各关节都是独立的Model（node），机器人整体也是大环境的子node。

所以无论大场景怎么错，机器人再转也是对的，因为它是独立的单位。

会写程序的朋友已经想到，咱就使用node套壳不就行了，三层壳，分别管xyz轴。实际不对。因为咱们希望无论转哪个轴，另外两个轴的方向要随着三维空间联动。分层的话都是绝对方向，等于人为“万向节锁死”了。如果说非要进行某种计算才满足要求，我人为研究方向就错了，就不该较这个真，因为做项目需要效率，在一个问题上坑挖得太深，不是工程思维。搞不好都没信心继续了。

但分层控制有时候又是必须的，比如局部旋转，它本身就是相对的，而且只转一个轴，升降属于平移，不影响，做关节最合适了。

三维观察：

上面说了那么多旋转的问题，其实最初我想要物体任意顺序转都是对的，就是想实现三维空间上各角度观察物体。最好能用鼠标拖拽改变视角。

曾经想过转相机，思路就不对，因为所谓旋转都是对自己而言，直接转不行。

最终发现很简单，给View3D加个子节点即可：

WasdController {controlledObject: scenexSpeed: -0.1ySpeed: -0.1}

这个WasdController默认就可以拖拽转视角，但也是相对于被控制的那个node本身的，所以人眼看起来正好相反。

比如鼠标往上拖拽：一般我们是想把物体底面翻上来，但默认正好相反，物体会绕x轴正转（逆时针角度增加），所以等于是把顶面翻下来了。

如果鼠标往左拖拽：一般我们想要把右面翻出来看，但实际物体会绕y轴正转（逆时针角度增加），所以等于是把左面翻出来了。

所以必须要把xy反过来，翻过手册，有bool型反转属性，试过不行。最后尝试把速度设为default值取反，成功了。

但这种成功是局部的，如果物体把脸扭过来，人眼还是觉得是别扭的，做好了自己试试就知道了。相对值和绝对值的作用，想要完全用拖拽实现，难顾周全。以后有空再尝试更好的做法。

可以肯定的说一种有效的方法，不用拖拽，用两个slider，一个控制场景的x轴旋转（相当于纵向翻转），一个控制机器人原地转圈（相当于横向翻转）。

总结：

使用欧拉旋转实现的各关节运动。

使用WasdController实现的拖拽视角。场景x轴控制纵向翻转，机器人z轴控制横向旋转。

使用定义属性传递数据驱动模型运动。

反之，如果用鼠标操作关节产生数据，也是可以发给设备驱动真实的机器人的。但仔细想过意义不大，还不如界面控件或者机械手柄高效。

有关quick3d的应用目前就会这些，以后有需要再继续。

本文完。