【问题标题】:Depth Component of Converting from Window -> World Coordinates从窗口转换的深度分量 -> 世界坐标
【发布时间】:2014-05-06 04:55:28
【问题描述】:

我正在开发一个绘制 100x100 网格并允许用户单击单元格并更改颜色的程序。

目前也可以单击,但仅在查看网格面(即camPos.z 等于camLook.z)并且网格位于屏幕中心时。

过去几天我遇到的问题是从不同的相机位置或屏幕上的不同区域查看网格时选择正确的单元格。

我唯一的猜测是深度缓冲区不反映相机的当前位置,或者缓冲区深度范围与相机的近距和远距值之间存在一些不一致。或者我应用投影/视图矩阵的方式可以显示图像,但是当通过管道返回时出现问题。但我不太清楚。

(自最初发布以来已更新/重构代码)

顶点着色器:

#version 330

layout(location = 0) in vec4 position;

smooth out vec4 theColor;

uniform vec4 color;
uniform mat4 pv;

void main() {
  gl_Position = pv * position;
  theColor = color;
}

相机类(projectionViewMatrix() 的结果是上面的pv 制服):

Camera::Camera()
{
  camPos = glm::vec3(1.0f, 5.0f, 2.0f);
  camLook = glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f);

  fovy = 90.0f;
  aspect = 1.0f;
  near = 0.1f;
  far = 1000.0f;
}

glm::mat4 Camera::projectionMatrix()
{
  return glm::perspective(fovy, aspect, near, far);
}

glm::mat4 Camera::viewMatrix()
{
  return glm::lookAt(
    camPos,
    camLook,
    glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)
  );
}

glm::mat4 Camera::projectionViewMatrix()
{
  return projectionMatrix() * viewMatrix();
}

// view controls

void Camera::moveForward()
{
  camPos.z -= 1.0f;
  camLook.z -= 1.0f;
}

void Camera::moveBack()
{
  camPos.z += 1.0f;
  camLook.z += 1.0f;
}

void Camera::moveLeft()
{
  camPos.x -= 1.0f;
  camLook.x -= 1.0f;
}

void Camera::moveRight()
{
  camPos.x += 1.0f;
  camLook.x += 1.0f;
}

void Camera::zoomIn()
{
  camPos.y -= 1.0f;
}

void Camera::zoomOut()
{
  camPos.y += 1.0f;
}

void Camera::lookDown()
{
  camLook.z += 0.1f;
}

void Camera::lookAtAngle()
{
  if (camLook.z != 0.0f)
    camLook.z -= 0.1f;
}

我试图获取世界坐标的相机类中的特定函数(xy 是屏幕坐标):

glm::vec3 Camera::experiment(int x, int y)
{
  GLint viewport[4];
  glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);

  GLfloat winZ;
  glReadPixels(x, y, 1, 1, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, &winZ);
  printf("DEPTH: %f\n", winZ);

  glm::vec3 pos = glm::unProject(
    glm::vec3(x, viewport[3] - y, winZ),
    viewMatrix(),
    projectionMatrix(),
    glm::vec4(0.0f, 0.0f, viewport[2], viewport[3])
  );

  printf("POS: (%f, %f, %f)\n", pos.x, pos.y, pos.z);

  return pos;
}

初始化和显示:

void init(void)
{
  glewExperimental = GL_TRUE;
  glewInit();

  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glDepthMask(GL_TRUE);
  glDepthFunc(GL_LESS);
  glDepthRange(0.0f, 1.0f);

  InitializeProgram();
  InitializeVAO();
  InitializeGrid();

  glEnable(GL_CULL_FACE);
  glCullFace(GL_BACK);
  glFrontFace(GL_CW);
}

void display(void)
{
  glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

  glUseProgram(theProgram);
  glBindVertexArray(vao);

  glUniformMatrix4fv(projectionViewMatrixUnif, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(camera.projectionViewMatrix()));

  DrawGrid();

  glBindVertexArray(0);
  glUseProgram(0);

  glutSwapBuffers();
  glutPostRedisplay();
}

int main(int argc, char** argv)
{
  glutInit(&argc, argv);

  glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
  glutInitContextVersion(3, 2);
  glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE);

  glutInitWindowSize(500, 500);
  glutInitWindowPosition(300, 200);

  glutCreateWindow("testing");

  init();

  glutDisplayFunc(display);
  glutReshapeFunc(reshape);
  glutKeyboardFunc(keyboard);
  glutMouseFunc(mouse);
  glutMainLoop();
  return 0;
}

【问题讨论】:

  • 您现在在顶点着色器中手动应用的offset 确实应该是您的模型视图矩阵的一部分。现在,您有一个 View 矩阵,它执行 World->View 并以 glm::unProject (...) 不知道的方式手动应用 Object->World 平移,因为它不在您的转换矩阵中。您目前拥有的方式对于任何非零偏移量都不应正常工作。
  • @AndonM.Coleman 好的,这真的很有帮助。谢谢!我想我现在对这个问题有了一个想法。基本上,我重复使用相同的 VBO 来绘制每个单元格(每个单元格具有相同的坐标),并在每次调用显示函数时为每个单元格设置统一的偏移量(这是一个非常老套的解决方案)。我接下来要尝试的是为每个单元创建一个单独的 VBO(将其保存在具有正确顶点位置的 Cell C++ 对象中)并完全删除该偏移均匀。希望我明天有时间来实施。

标签: opengl opengl-3


【解决方案1】:

在光标下投射光线来实现拾取其实很简单。它总是适用于几乎任何投影和模型视图矩阵(除了一些将整个场景转换为无穷大的无效奇异情况等)。

为了简单起见,我编写了一个小演示,它使用了已弃用的固定功能管道,但代码也可以与着色器一起使用。它首先从 OpenGL 中读取矩阵:

glm::mat4 proj, mv;
glGetFloatv(GL_PROJECTION_MATRIX, &proj[0][0]);
glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, &mv[0][0]);
glm::mat4 mvp = proj * mv;

这里mvp 是您将传递给顶点着色器的内容。然后我们定义两个点:

glm::vec4 nearc(f_mouse_x, f_mouse_y, 0, 1);
glm::vec4 farc(f_mouse_x, f_mouse_y, 1, 1);

这些是规范化空间中的远近光标坐标(因此f_mouse_xf_mouse_y[-1, 1] 区间内)。请注意,z 坐标不需要是 0 和 1,它们只需要是两个不同的任意数字即可。现在我们可以使用mvp 将它们取消投影到世界空间:

nearc = glm::inverse(mvp) * nearc;
nearc /= nearc.w; // dehomog
farc = glm::inverse(mvp) * farc;
farc /= farc.w; // dehomog

请注意,同质除法在这里很重要。这为我们提供了光标在世界空间中的位置,即定义对象的位置(除非它们有自己的模型矩阵,但这很容易合并)。

最后,该演示计算了nearcfarc 之间的光线与有纹理的平面(您的 100x100 网格)的交点:

glm::vec3 plane_normal(0, 0, 1); // plane normal
float plane_d = 0; // plane distance from origin
// this is the plane with the grid

glm::vec3 ray_org(nearc), ray_dir(farc - nearc);
ray_dir = glm::normalize(ray_dir);
// this is the ray under the mouse cursor

float t = glm::dot(ray_dir, plane_normal);
if(fabs(t) > 1e-5f)
    t = -(glm::dot(ray_org, plane_normal) + plane_d) / t;
else
    t = 0; // no intersection, the plane and ray is collinear
glm::vec3 isect = ray_org + t * ray_dir;
// calculate ray-plane intersection

float grid_x = N * (isect.x + 1) / 2;
float grid_y = N * (isect.y + 1) / 2;
if(t && grid_x >= 0 && grid_x < N && grid_y >= 0 && grid_y < N) {
    int x = int(grid_x), y = int(grid_y);
    // calculate integer coordinates

    tex_data[x + N * y] = 0xff0000ff; // red
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, n_texture);
    glTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, N, N, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, &tex_data[0]);
    // change the texture to see
}
// calculate grid position in pixels

输出相当不错:

这只是一个 20x20 的纹理,但是增加到 100x100 是微不足道的。您可以获得完整的演示源和预编译的 win32 二进制文件here。它依靠拥有glm。你可以用鼠标转动或用WASD移动。

比平面更复杂的物体是可能的,它本质上是raytracing。使用光标下的深度分量(窗口z)同样简单——只需注意标准化坐标([0, 1][-1, 1])。另请注意,回读 z 值可能会降低性能,因为它需要 CPU/GPU 同步。

【讨论】:

    猜你喜欢
    • 2014-06-15
    • 2018-07-03
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 2020-03-26
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    • 1970-01-01
    相关资源
    最近更新 更多