正确完成 OpenGL 旋转和平移

Question

在 OpenGL 中旋转和平移我有点卡住了。

我有 3 个矩阵、投影、视图和模型。

我的顶点着色器：

gl_Position =  projection * model * view * vec4(vertexData, 1);

平移和旋转对象的最佳方式是什么？

将我的模型矩阵乘以平移或旋转矩阵， 还是将数据（旋转和平移）传递给着色器和那里的数学？

我还需要知道我的鼠标选择实现的“最终对象位置”。

到目前为止我所做的是这样的：

object.Transformation = Matrix.CreateTransLation(x,y,z) * Matrix.CreateRotation(x,y,z);

...

ForEach object to Draw
{
    modelMatrix.Push();

    modelMatrix.Mult(object.Transformation); // this also updates the matrix for the shader

    object.Draw();

    modelMatrix.Pop();
}

这行得通，但感觉不对。最好的方法是什么？

Answer 1

这个

gl_Position =  projection * model * view * vec4(vertexData, 1);

错了。矩阵乘法不可交换，即运算顺序很重要。顶点位置的变换，按顺序是：

• 型号
• 查看
• 投影

OpenGL 使用的列向量的矩阵乘法是左关联的，即从右到左。因此，语句 R 侧的表达式应该是

gl_Position =  projection * view * model * vec4(vertexPosition, 1);

但是，您可以将视图和模型转换收缩为复合模型视图（第一个模型，然后是视图）转换。这节省了一个完整的矩阵乘法

gl_Position =  projection * modelview * vec4(vertexPosition, 1);

投影应保持独立，因为其他着色步骤可能需要顶点的眼睛空间位置，这是modelview * position 未应用投影的结果。

顺便说一句：您正在转换顶点位置，而不是数据。顶点包含大量属性（不仅仅是位置），因此称其为“数据”在语义上是错误的。

平移和旋转对象的最佳方式是什么？

这些是模型视图转换的一部分。您应该在 CPU 上精确一次 创建一个转换矩阵，并将其传递给 GPU。在着色器中执行此操作将强制 GPU 为每个顶点重做整个计算。你不想这样做。

因评论而更新

假设您正在使用我的→linmath.h。然后在你的绘图函数中，你会为你的场景设置脚手架，即设置视口、构建的投影和视图矩阵

#include <linmath.h>

/* ... */

void display(void)
{
     mat4x4 projection;
     mat4x4 view;

     glClear(…),
     glViewport(…);

     mat4x4_frustum(projection, …);

     // linmath.h doesn't have a look_at function... yet
     // I'll add it soon
     mat4x4_look_at(view, …);

然后，对于每个对象，您都有一个位置和方向（平移和旋转）。方向最方便地存储在四元数中，但对于处理向量，矩阵表示效果更好。所以我们遍历场景中的对象

     for(int i_object = 0; i_object < scene->n_objects; i++) {
         Object * const obj = scene->objects + i;

         mat4x4 translation, orientation, model_view;

         mat4x4_translate(translation, obj->pos.x, obj->pos.y, obj->pos.z);
         mat4x4_from_quat(orientation, obj->orientation);
         mat4x4_mul(model_view, translation, orientation);

model_view 现在包含模型矩阵。接下来我们将view 矩阵相乘。请记住，矩阵乘法是从右到左的（mat4x4_mul 可以输出到其输入操作数之一）。

         mat4x4_mul(model_view, view, model_view);

现在model_view 包含完整的复合模型方向和平移和视图矩阵。我们现在需要做的就是绑定用于对象的着色器程序

         glUseProgram(obj->shader->program);

设置制服

         glUniformMatrix4f(obj->shader->location.projection, 1, GL_FALSE, projection);
         glUniformMatrix4f(obj->shader->location.modelview,  1, GL_FALSE, model_view);
         // and a few others...

并绘制对象

        object_draw(obj);
    }

/* ... */

}