¿Cómo funciona gluLookAt?

Desde mi entendimiento,

gluLookAt(
        eye_x, eye_y, eye_z,
        center_x, center_y, center_z,   
        up_x, up_y, up_z
    );

es equivalente a:

glRotatef(B, 0.0, 0.0, 1.0);
glRotatef(A, wx, wy, wz);
glTranslatef(-eye_x, -eye_y, -eye_z);

Pero cuando imprimo la ModelViewmatriz, la llamada a glTranslatef()no parece funcionar correctamente. Aquí está el fragmento de código:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <GL/glut.h>

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

static const int Rx = 0;
static const int Ry = 1;
static const int Rz = 2;

static const int Ux = 4;
static const int Uy = 5;
static const int Uz = 6;

static const int Ax = 8;
static const int Ay = 9;
static const int Az = 10;

static const int Tx = 12;
static const int Ty = 13;
static const int Tz = 14;

void init() {
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glShadeModel(GL_SMOOTH);
    glEnable(GL_LIGHTING);
    glEnable(GL_LIGHT0);
    GLfloat lmodel_ambient[] = { 0.8, 0.0, 0.0, 0.0 };
    glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient);
}

void displayModelviewMatrix(float MV[16]) {
    int SPACING = 12;
    cout << left;
    cout << "\tMODELVIEW MATRIX\n";
    cout << "--------------------------------------------------" << endl;
    cout << setw(SPACING) << "R" << setw(SPACING) << "U" << setw(SPACING) << "A" << setw(SPACING) << "T" << endl;   
    cout << "--------------------------------------------------" << endl;
    cout << setw(SPACING) << MV[Rx] << setw(SPACING) << MV[Ux] << setw(SPACING) << MV[Ax]  << setw(SPACING) << MV[Tx] << endl;
    cout << setw(SPACING) << MV[Ry] << setw(SPACING) << MV[Uy] << setw(SPACING) << MV[Ay]  << setw(SPACING) << MV[Ty] << endl;
    cout << setw(SPACING) << MV[Rz] << setw(SPACING) << MV[Uz] << setw(SPACING) << MV[Az] << setw(SPACING)  << MV[Tz] << endl;
    cout << setw(SPACING) << MV[3] << setw(SPACING) << MV[7] << setw(SPACING) << MV[11] << setw(SPACING) << MV[15] << endl;
    cout << "--------------------------------------------------" << endl;
    cout << endl;
}

void reshape(int w, int h) {
    float ratio = static_cast<float>(w)/h;
    glViewport(0, 0, w, h);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45.0, ratio, 1.0, 425.0);
}

void draw() {
    float m[16];
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, m);
    gluLookAt(
        300.0f, 0.0f, 0.0f,
        0.0f, 0.0f, 0.0f,
        0.0f, 1.0f, 0.0f
    );
    glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    glutSolidCube(100.0);
    glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, m);
    displayModelviewMatrix(m);
    glutSwapBuffers();
}


int main(int argc, char** argv) {
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
    glutInitWindowSize(400, 400);
    glutInitWindowPosition(100, 100);
    glutCreateWindow("Demo");
    glutReshapeFunc(reshape);
    glutDisplayFunc(draw);
    init();
    glutMainLoop();
    return 0;
} 

No importa cuál es el valor que utilizo para el eyevector:
300, 0, 0o
0, 300, 0o
0, 0, 300
el vector de traslación es lo mismo, que no tiene ningún sentido porque el orden de código es el fin hacia atrás de modo glTranslatefdebe ejecutar primero, y luego los 2 rotaciones. Además, la matriz de rotación es completamente independiente de la columna de traducción (en la matriz ModelView), entonces, ¿qué causaría este comportamiento extraño? Aquí está la salida con el vector de ojo es(0.0f, 300.0f, 0.0f)

        MODELVIEW MATRIX
--------------------------------------------------
R           U           A           T
--------------------------------------------------
0           0           0           0
0           0           0           0
0           1           0           -300
0           0           0           1
--------------------------------------------------

¡Esperaría que la Tcolumna fuera (0, -300, 0)! Entonces, ¿alguien podría ayudarme a explicar esto?

La implementación de gluLookAtde http://www.mesa3d.org

void GLAPIENTRY
gluLookAt(GLdouble eyex, GLdouble eyey, GLdouble eyez, GLdouble centerx,
      GLdouble centery, GLdouble centerz, GLdouble upx, GLdouble upy,
      GLdouble upz)
{
    float forward[3], side[3], up[3];
    GLfloat m[4][4];

    forward[0] = centerx - eyex;
    forward[1] = centery - eyey;
    forward[2] = centerz - eyez;

    up[0] = upx;
    up[1] = upy;
    up[2] = upz;

    normalize(forward);

    /* Side = forward x up */
    cross(forward, up, side);
    normalize(side);

    /* Recompute up as: up = side x forward */
    cross(side, forward, up);

    __gluMakeIdentityf(&m[0][0]);
    m[0][0] = side[0];
    m[1][0] = side[1];
    m[2][0] = side[2];

    m[0][1] = up[0];
    m[1][1] = up[1];
    m[2][1] = up[2];

    m[0][2] = -forward[0];
    m[1][2] = -forward[1];
    m[2][2] = -forward[2];

    glMultMatrixf(&m[0][0]);
    glTranslated(-eyex, -eyey, -eyez);
}

gluLookAtrotará y trasladará el mundo de una manera que la cámara se ubicará {0, 0, 0}y mirará hacia el eje z negativo. Esta es la configuración de la cámara utilizada en OpenGL. La cámara en realidad nunca se mueve, el mundo sí. ¿Suena confuso? Demonios, sí, déjame intentar explicarte :)

Tomemos este ejemplo:

eye    :  {300, 0, 0}
lookat :  {  0, 0, 0}
up     :  {  0, 1, 0}

MODELVIEW MATRIX
--------------------------------------------------
R           U           A           T           
--------------------------------------------------
0           0           -1          0           
0           1           0           0           
1           0           0           -300        
0           0           0           1           
--------------------------------------------------

En primer lugar hay que analizar la parte de rotación de la matriz: R, Uy A. Como puede ver, el vector correcto ( R) ya no está en el eje x {1, 0, 0}, está en el eje z {0, 0, 1}. Eso significa que se gira 90 grados alrededor del eje y. Lo mismo sucede con la posición del ojo. Girar {-300, 0, 0}90 grados alrededor del eje y le permite terminar {0, 0, -300}, voila, ahí está.

Es -300y no 300porque el mundo se mueve y no la cámara, por lo que el mundo se mueve en la dirección opuesta, aún a 300 unidades de la cámara {0, 0, 0}. Y de nuevo, se mueve hacia el eje z negativo, porque allí es donde mira la cámara OpenGL, como se mencionó anteriormente.

Nota: hay una anomalía en su ejemplo, el vector normalizado desde la posición del ojo hasta el punto de observación no debe ser el mismo que el vector hacia arriba, por lo tanto:

eye    : {0, 300, 0}
lookat : {0,   0, 0}
up     : {0,   1, 0}    

normalize(eye - lookat): {0, 1, 0} -> the same as the up-vector

de hecho no funcionará, debemos elegir otro vector ascendente, por ejemplo {1, 0, 0}