【Sceneform-EQR】（手势控制器实现）通过手势事件实现在AR/VR等三维场景中的控制模型旋转、平移与缩放

news2024/10/9 12:59:57

在Sceneform-EQR中实现旋转平移缩放手势

实现在AR/VR等三维场景，通过手势控制模型节点的缩放、平移和旋转。

实现思路

实现模型旋转

Sceneform-EQR(filament\opengl)中采用右手坐标系。通过欧拉角进行旋转采用Z->Y->X的顺序，在这里，我们不采用欧拉角控制旋转，而是采用四元数进行操作。因为四元数可进行插值，也方便后续对旋转操作做手势惯性。

采用四元数表示旋转

实现思路：采用四元数的定义，通过旋转轴和旋转角度去构建四元数

旋转四元数相关定义可参考下面这个链接
链接：四元数：优雅而高效的空间旋转表示方法

补充：四元数与欧拉角在线转换工具

实现思路

采样四元数表示旋转 -> 通过旋转轴与旋转角度构造四元数

现已将问题转化为，通过安卓中的MotionEvent事件，构造旋转轴和旋转角度。

示意图：
说明：

记：当前MotionEvent事件的触摸位置为B，上一MotionEvent事件的触摸位置为A。

那么，旋转轴与AB连线垂直，考虑AB的前进方向和右手坐标系，得出旋转轴的方向向量在AB前进方向的左侧。

因此这里，可以直接将AB向量绕点B逆时针旋转90度，得到的新向量即可表示旋转轴。

平面中，一个点(x,y)绕任意点(dx,dy)逆时针旋转a度后的坐标
xx= (x - dx)*cos(a) - (y - dy)*sin(a) + dx ;
yy= (x - dx)*sin(a) + (y - dy)*cos(a) +dy ;

这里，代入a=PI/2，dx = 向量AB的x，dy = 向量AB的y。x = 点B坐标的X，y = 点B坐标的Y。

此外，由于手机设备采用NDC坐标系，而当前渲染器采用同OpenGL的右手坐标系。

NDC坐标系的X方向 = GL的右手系的X方向
NDC坐标系的Y方向 = GL的右手系的-Y方向

因此，得出旋转轴为

//e1为点A对应的MotionEvent事件，e2为点B对应的MotionEvent事件
 x = 0 - (e1.y - e2.y),
 y = -/*取负是由于NDC坐标系和GL坐标系的Y轴正方向相反*/(e1.x - e2.x),
 z = 0f

最后说明，安卓的GestureDetector类提供了onScroll方法，通过重写onScroll方法即可。且由于onScroll方法提供了distanceX和distanceY。
因此，最后我们可以简化成如下的样子。

        lastRotationAxis.x = -distanceY;
        lastRotationAxis.y = -distanceX;
        lastRotationAxis.z = 0f;

源码定位

参考源码第137行

Commit记录

新增手势控制器

    private void onOneFingerScroll(float distanceX, float distanceY) {
        if (isScaling || isDoubleFingerScroll)return;
        //单指实现旋转
        double distance = Math.sqrt(distanceX * distanceX + distanceY * distanceY);
        //原理：
        // 求AB两点（当前时刻的位置为B，上一时刻的位置为A）的垂线（这里是求旋转平面的法向量），
        // （将垂线的一个方向作为正方向，这里当作旋转平面的法向量）再将这个方向向量作为旋转轴。
        // 根据绕轴旋转定义四元数。
        // 这里将求垂线 => 简化成绕点旋转90度。因为求垂线后仍然需要考虑方向,而绕B点逆时针旋转90度即可得到B2。‘AB2’则是目标向量
        //注意：安卓设备坐标系与OpenGL右手坐标系的XY方向。
//            dev.romainguy.kotlin.math.Float3(
//                x = 0 - (e1.y - e2.y)/* + e2.x*/,
//                y = -/*取负是由于NDC坐标系和GL坐标系的Y轴正方向相反*/(e1.x - e2.x)/* + e2.y*/,
//                z = 0f
//            )
        //改成使用distanceX/Y，简化后如下：
        lastRotationAxis.x = -distanceY;
        lastRotationAxis.y = -distanceX;
        lastRotationAxis.z = 0f;
        //todo 这里后续修改,为改用射线检测实现精准控制
        Quaternion rotation = Quaternion.axisAngle(lastRotationAxis, (float) Math.toRadians(distance * 0.168f));
        Quaternion localRotation = target.getLocalRotation();
        target.setLocalRotation(Quaternion.multiply(rotation,localRotation));
    }

实现模型缩放

模型缩放较为简单，借助安卓提供的ScaleGestureDetector即可检测到scale值

源码定位

    @Override
    public boolean onScale(ScaleGestureDetector detector) {
        isScaling = true;
        if (target == null)return false;
        float scaleFactor = detector.getScaleFactor();
        target.setLocalScale(scaleTmp.scaled(scaleFactor));
        return false;
    }

    @Override
    public boolean onScaleBegin(ScaleGestureDetector detector) {
        if (target == null)return false;
        scaleTmp = target.getLocalScale();
        return true;
    }

    @Override
    public void onScaleEnd(ScaleGestureDetector detector) {
        isScaling = false;
    }