坐标系转换后旋转方向异常：如何保持相机朝前且全逆时针旋转？

任务 #

需要将坐标系转换为**+X向前、+Y向右、+Z向上**的左手坐标系（与Unreal Engine一致），核心要求是让相机朝向自身前向轴（和Unreal Engine相同）。Unreal的坐标系机制如下：

• Unreal世界坐标系示意图
• Unreal局部坐标系示意图

问题 #

已实现相机朝前且世界坐标系与UE一致，但存在旋转方向问题：

• 绕RightVector的pitch（俯仰）旋转为顺时针
• 绕UpVector的yaw（偏航）旋转为顺时针
• 绕ForwardVector的roll（滚转）旋转为逆时针（符合预期）
  需要让所有旋转均为逆时针（符合标准定义），同时保持相机朝前。

当前解决方案尝试 #

当前实现基于旋转投影矩阵和相机视图矩阵（模型矩阵在代码中称为entity matrix）：

#define GLM_FORCE_LEFT_HANDED // 已在其他位置定义，此处仅作说明
// Transform::VectorForward = (1, 0, 0) // 以下代码会用到这些向量
// Transform::VectorRight =   (0, 1, 0)
// Transform::VectorUp =      (0, 0, 1)

// 更新每个物体模型矩阵的函数
virtual void UpdateEntityMatrix()
{
    auto m = glm::translate(glm::mat4(1.f), m_Transform.Location);
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[2]), Transform::VectorUp); // 偏航旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[1]), Transform::VectorRight); // 俯仰旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[0]), Transform::VectorForward); // 滚转旋转
    m_EntityMatrix = glm::scale(m, m_Transform.Scale);
}

// 相机类（继承自实体）的模型矩阵更新函数，同时更新视图矩阵
void Camera::UpdateEntityMatrix()
{
    SceneEntity::UpdateEntityMatrix();

    auto m = glm::translate(glm::mat4(1.f), m_Transform.Location);
    m = glm::rotate(m, glm::radians(180.f), GetRightVector()); // 注意：此处获取的是实体当前的前向/右向/向上向量
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[2]), GetUpVector()); // 偏航旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[1]), GetRightVector()); // 俯仰旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[0]), GetForwardVector()); // 滚转旋转
    m = glm::scale(m, m_Transform.Scale);

    m_ViewMatrix = glm::inverse(m);
    m_ViewProjectionMatrix = m_ProjectionMatrix * m_ViewMatrix;
}

void PerspectiveCamera::UpdateProjectionMatrix()
{
    m_ProjectionMatrix = glm::perspective(glm::radians(m_FOV), m_Width / m_Height, m_NearClip, m_FarClip);
    // 让相机朝向+x方向：
    m_ProjectionMatrix = glm::rotate(m_ProjectionMatrix, glm::radians(-90.f), Transform::VectorUp);
    m_ProjectionMatrix = glm::rotate(m_ProjectionMatrix, glm::radians(90.f), Transform::VectorRight);
}

当前效果：

• 当前实现效果示意图

其他尝试 #

尝试修改模型矩阵（给旋转角度添加负号）：

virtual void UpdateEntityMatrix()
{
    auto m = glm::translate(glm::mat4(1.f), m_Transform.Location);
    m = glm::rotate(m, glm::radians(-m_Transform.Rotation[2]), Transform::VectorUp); // 偏航旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(-m_Transform.Rotation[1]), Transform::VectorRight); // 俯仰旋转
    m = glm::rotate(m, glm::radians(m_Transform.Rotation[0]), Transform::VectorForward); // 滚转旋转
    m_EntityMatrix = glm::scale(m, m_Transform.Scale);
}

但此修改导致相机不再朝前，视图出现Y、Z轴镜像问题：

• 修改后异常效果示意图

此外还尝试在相机视图矩阵计算时做相同修改，未解决问题；也尝试使用glm::lookAt创建视图矩阵，同样无成果。

更新：找到解决方案 #

问题根源在于逆时针旋转的定义：Unreal的旋转并非始终为逆时针，最佳定义应为沿方向箭头指向的方向观察时，旋转为逆时针（即站在箭头后方视角）。最终整理的旋转定义与Unreal的对应关系如下：

• 自定义旋转定义示意图
• Unreal旋转定义示意图

结论 #

除非发现当前定义的系统存在错误，否则将沿用“当前解决方案尝试”中的代码。另外，@paddy提供的答案解决了最初的顺时针转逆时针问题，后续已成功在保持相机朝前的同时复现了Unreal的坐标系系统。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sheim