3D四元数旋转不符合预期的实现问题咨询

核心结论：用单个四元数维护对象最终旋转状态 #

不需要拆分多个四元数分别管理旋转，单个四元数完全可以承载对象的最终朝向。你当前的核心问题是没有区分旋转的空间（世界空间/对象局部空间），而非四元数的存储方式。

你的代码问题分析 #

先看你现有的rn_object_rotate方法：

void rn_object_rotate(void* o, float x, float y, float z, float degrees) {
    Object object = (Object) o;
    versor q;
    glm_quat(q, glm_rad(degrees), x, y, z);
    glm_quat_mul(object->node->rotation, q, object->node->rotation);
}

GLM的glm_quat_mul(a, b, c)等价于c = a * b，四元数乘法顺序代表变换的执行顺序：

• 左乘（new_q = q * current_q）：新旋转是世界空间下的变换
• 右乘（new_q = current_q * q）：新旋转是对象局部空间下的变换

你当前的代码用了左乘，当你传入世界Y轴[0,1,0]时，实际是让对象在世界空间下绕Y轴旋转——但如果对象已经有局部旋转，你误以为的"世界Y轴旋转"会和原有旋转叠加，导致看起来像绕倾斜轴转动。

另外，你的rn_object_set_rotation方法可以简化：先设单位四元数再乘q，等价于直接赋值q，没必要多做一次乘法。

修正后的旋转实现 #

设置旋转（直接覆盖当前状态，轴为世界空间） #

void rn_object_set_rotation(void* o, float x, float y, float z, float degrees) {
    Object object = (Object) o;
    versor q;
    // 直接构造目标四元数并覆盖当前旋转
    glm_quat(q, glm_rad(degrees), x, y, z);
    glm_quat_copy(object->node->rotation, q);
}

叠加世界空间旋转 #

用于绕固定的世界轴旋转（比如鼠标左右拖动时绕世界Y轴转）：

void rn_object_rotate_world(void* o, float x, float y, float z, float degrees) {
    Object object = (Object) o;
    versor q, temp;
    glm_quat(q, glm_rad(degrees), x, y, z);
    // 左乘：先应用对象原有旋转，再叠加世界空间的新旋转
    glm_quat_mul(temp, q, object->node->rotation);
    glm_quat_copy(object->node->rotation, temp);
}

叠加局部空间旋转 #

用于绕随对象转动的局部轴旋转（比如鼠标上下拖动时绕对象自身X轴转）：

void rn_object_rotate_local(void* o, float x, float y, float z, float degrees) {
    Object object = (Object) o;
    versor q, temp;
    glm_quat(q, glm_rad(degrees), x, y, z);
    // 右乘：先应用对象原有旋转，再叠加局部空间的新旋转
    glm_quat_mul(temp, object->node->rotation, q);
    glm_quat_copy(object->node->rotation, temp);
}

针对你的需求的使用方式 #

• 鼠标左右拖动：调用rn_object_rotate_world(o, 0.0f, 1.0f, 0.0f, delta_deg)，实现绕世界Y轴旋转
• 鼠标上下拖动：调用rn_object_rotate_local(o, 1.0f, 0.0f, 0.0f, delta_deg)，实现绕对象局部X轴旋转（该轴会随对象绕世界Y轴的旋转同步转动，且始终垂直于世界Y轴）

额外注意事项 #

• 确保传入的旋转轴是归一化的单位向量，GLM的glm_quat要求轴向量单位化，否则会导致旋转异常
• 多次四元数乘法后可能出现精度损失，可定期调用glm_quat_normalize(object->node->rotation, object->node->rotation)做归一化处理

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Plegeus