Gimbal Lock是一个常见的3D动画问题,主要由旋转顺序引起的。我来详细解释一下它的成因:

在三维空间中,任何旋转都可以分解为绕X,Y,Z三个轴的欧拉旋转(Euler Rotation)。每个轴的旋转是按照一定顺序进行的,比如XYZ或ZYX等。

理论上,通过这三个旋转值的组合,可以达到任意的空间姿态。但是,当其中两个旋转轴重合时,就会导致万向节锁死(Gimbal Lock)的发生。

具体来说,假设我们的旋转顺序是XYZ:

1. 首先绕X轴旋转
2. 然后绕旋转后的Y轴旋转
3. 最后绕最终的Z轴旋转

当第二步旋转后,Y轴与Z轴重合时,也就是旋转90度时,第二步和第三步的旋转轴就重合了。这时,无论给Z轴赋什么旋转值,都无法产生期望的效果,因为已经被第二步的旋转吞并了。

这就是万向节锁死的本质原因 - 当两个旋转轴重合时,就失去了一个自由度,无法实现完全的三维旋转。

这在动画中会导致突然失去一个旋转方向的控制,比如手臂无法向上或向下转动等。动画师必须改变旋转顺序或修改姿态才能暂时解决。