为什么应用 glm 变换函数 "backwards"?

Why glm transform functions are applied "backwards"?

编辑:这对我来说是“倒退”——我可能缺少一些直觉

给定一个glm变换函数,比如glm::translate,两个参数首先是一个矩阵m,然后是一个向量v 进行翻译。

直觉上,我希望这个函数在我的矩阵变换“之后”应用翻译,即将一个对象乘以返回的矩阵将首先应用 m,然后是翻译 v指定。

这种直觉来自这样一个事实,即人们通常会按照数学顺序构建一个转换,例如首先计算一个比例矩阵,然后应用旋转,然后变换等。所以我认为函数调用顺序是相同的(即给定一个矩阵,我可以简单地调用 glm::translate 以应用在我的矩阵变换应用后发生的翻译)

然而,正如this线程中提到的那样,情况并非如此-首先应用翻译,然后是传入的矩阵m

我不认为这与某些线程建议的 major/row 列主要约定和符号有任何关系。这有历史原因吗?这对我来说似乎有点倒退,除非有足够充分的理由,否则我可能会重写函数。

This intuition comes from the fact that one usually builds a transformation in mathmetical order

但是没有数学顺序这样的东西。考虑以下内容:v 是一个 n 维向量并且 M 是一个 n x n 方阵。现在的问题是:哪个是正确的乘法顺序?这又取决于您的惯例。在大多数经典数学教科书中,向量被定义为向量。然后:M * v 是唯一有效的乘法顺序,而 v * M 在数学上根本不是有效的运算。

如果v是一个列向量,那么它的转置v^T是一个向量然后v^T * M是唯一有效的乘法命令。但是,要获得与之前相同的结果,比如 x = M * v,您还必须转置 Mx^T = v^T * M^T.

如果M是两个矩阵AB的乘积,由于矩阵乘法的非交换方式,我们得到的是:

x = M * v
x = A * B * v
x = A * (B * v)

或者,我们可以说:

y = B * v
x = A * y

这么明显,B先应用了

在行矩阵的转置约定中,我们需要遵循(A * B)^T = B^T * A^T并得到

x^T = v^T * M^T
x^T = v^T * B^T * A^T
x^T = (v^T * B^T) * A^T

因此首先应用 B^T

实际上,当你考虑乘法顺序时,写得最接近向量的矩阵通常是最先应用的。

I don't believe this has anything to do with column major/row major convention and notation as some threads suggest.

你是对的,这绝对与那无关。存储顺序可以是任意的,不会改变矩阵和运算的含义。混淆通常来自这样一个事实,即将存储为列优先的矩阵解释为存储为行优先的矩阵(或反之亦然)只会产生转置矩阵的效果。

此外,GLSL 和 HLSL 以及许多数学库不使用显式列向量或行向量,而是根据需要使用它。例如,在 GLSL 中你可以这样写:

vec4 v;
mat4 M;
vec4 a = M * v;  // v is treated as column vector here
vec4 b = v * M;  // v is treated as row vector now
// NOTE: a and b are NOT equal here, they would be if b = v * transpose(M), so by swapping the multiplication order, you get the effect of transposing the matrix

Is there a historical reason for this?

OpenGL 在许多方面遵循经典数学约定(即 window space 原点是左下角而不是左上角,因为大多数 window 系统都可以工作),旧的固定功能视图 space 惯例是使用右手坐标系(z 从屏幕指向观察者,因此相机朝向 -z),而 OpenGL 规范使用列向量到今天。这意味着顶点变换必须是 M * v 并且变换的“反向”顺序适用。

这意味着,在旧版 GL 中,顺序如下:

glLoadIdentity();    // M = I
glRotate(...);       // M = M * R = R
glTranslate(...);    // M = M * T = R * T

首先平移对象,然后旋转它。

GLM 设计为默认遵循 OpenGL 约定,函数 glm::mat4 glm::translate(glm::mat4 const& m, glm::vec3 const& translation);explicitely emulating the old fixed-function GL behavior

It just seems a bit backwards to me and I would probably rewrite the functions unless there's a good enough reason for it.

随心所欲。您可以设置函数,而不是 psot-multiply 进行预乘。或者您可以将所有变换矩阵设置为转置,然后 post-按照您认为“直观”的顺序相乘。但请注意,对于遵循经典数学约定或典型 GL 约定的人来说,“向后”符号 的“直观”符号。