解决OpenGL FPS相机俯仰角超90度时的视角翻转问题

你遇到的视角翻转，是因为用欧拉角（yaw/pitch）计算front向量的方式存在固有缺陷：当俯仰角超过±90度时，cos(glm::radians(pitch))会变为负数，导致front的x、z分量反向，视觉上就出现了上下颠倒的问题。这不是单纯放开角度限制能解决的，得换一种旋转表示方式。

四元数能避免欧拉角的万向锁和方向突变问题，完美支持360度任意旋转。改造步骤如下：

1. 添加四元数成员：给Camera类新增一个四元数变量存储旋转状态：

glm::quat rotation;

2. 重写鼠标旋转逻辑：不再直接修改yaw/pitch，而是用鼠标偏移量更新四元数：

void Camera::look() {
  newMouseX = getMouseX();
  newMouseY = getMouseY();

  float dx = (float)(newMouseX - oldMouseX) * sensitivity * getDeltaTime();
  float dy = (float)(newMouseY - oldMouseY) * sensitivity * getDeltaTime();

  // 创建俯仰（绕X轴）和偏航（绕Y轴）的旋转四元数
  glm::quat pitchRot = glm::angleAxis(glm::radians(dy), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
  glm::quat yawRot = glm::angleAxis(glm::radians(dx), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));

  // 更新旋转：保持四元数归一化，避免精度漂移
  rotation = glm::normalize(yawRot * rotation * pitchRot);

  oldMouseX = newMouseX;
  oldMouseY = newMouseY;
}

3. 从四元数生成视图矩阵：根据旋转四元数计算front、up向量，再构建view矩阵：

void Camera::matrix(float fov, float nearPlane, float farPlane, Shader &shader, const char* uniform) {
  mat4 view = mat4(1.0f);
  mat4 proj = mat4(1.0f);

  // 从四元数推导当前朝向向量（默认初始朝向是-z）
  front = glm::normalize(rotation * glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f));
  // 计算右侧向量，再推导正确的up向量（避免长期旋转后up偏移）
  glm::vec3 right = glm::normalize(rotation * glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
  up = glm::normalize(glm::cross(right, front));

  view = glm::lookAt(pos, pos + front, up);
  proj = glm::perspective(glm::radians(fov), (float)width / (float)height, nearPlane, farPlane);

  glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shader.shaderProgram, uniform), 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(proj * view));
}

• 初始化时，把rotation设为glm::quat(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f)（单位四元数，无初始旋转）
• 这种方式下，相机可以自由俯仰超过90度，不会出现视角翻转，操作逻辑完全符合自然的FPS相机体验
• 如果需要获取当前的yaw/pitch值（比如UI显示），可以从四元数反向计算欧拉角，但旋转更新不需要依赖它们

内容的提问来源于stack exchange，提问作者elisosceles