如何使用鼠标改变OpenGL相机

Question

我正在尝试在 OpenGL 中设置一个摄像头来查看 3 维中的一些点。 为了实现这一点，我不想使用旧的、固定的功能样式（glMatrixMode()、glTranslate 等），而是自己设置模型视图投影矩阵并在我的顶点着色器中使用它。一个正交投影就足够了。

很多关于这方面的教程似乎都使用了 glm 库，但由于我对 OpenGL 完全陌生，我想以正确的方式学习它，然后使用一些第三方库。此外，大多数教程都没有描述如何使用 glMotionFunc() 和 glMouseFunc() 将相机定位在空间中。

所以，我想我正在寻找一些示例代码和指导如何在 3D 中查看我的观点。这是我写的顶点着色器：

const GLchar *vertex_shader =   // Vertex Shader
"#version 330\n"
"layout (location = 0) in vec4 in_position;"
"layout (location = 1) in vec4 in_color;"
"uniform float myPointSize;"
"uniform mat4 myMVP;"
"out vec4 color;"  
"void main()"  
"{"
"   color = in_color;"
"   gl_Position = in_position * myMVP;"
"   gl_PointSize = myPointSize;"
"}\0";

我将 MVP 的初始值设置为我的着色器设置方法中的单位矩阵，它为我的点提供了正确的 2D 表示：

// Set up initial values for uniform variables
glUseProgram(shader_program);

location_pointSize = glGetUniformLocation(shader_program, "myPointSize");
glUniform1f(location_pointSize, 25.0f);

location_mvp = glGetUniformLocation(shader_program, "myMVP");
float mvp_array[16] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,  // 1st column
                       0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,  // 2nd column
                       0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,  // 3rd column
                       0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f   // 4th column
                      };
glUniformMatrix4fv(location_mvp, 1, GL_FALSE, mvp_array);

glUseProgram(0);

现在我的问题是如何调整“motion”和“mouse”这两个函数，到目前为止，这两个函数只有前一个示例中的一些代码，其中使用了已弃用的执行方式：

// OLD, UNUSED VARIABLES
int mouse_old_x;
int mouse_old_y;
int mouse_buttons = 0;
float rotate_x = 0.0;
float rotate_y = 0.0;
float translate_z = -3.0;

...
// set view matrix
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0, 0.0, translate_z);
glRotatef(rotate_x, 1.0, 0.0, 0.0);
glRotatef(rotate_y, 0.0, 1.0, 0.0);
...

// OLD, UNUSED FUNCTIONS
void mouse(int button, int state, int x, int y)
{
    if (state == GLUT_DOWN)
    {
        mouse_buttons |= 1<<button;
    }
    else if (state == GLUT_UP)
    {
        mouse_buttons = 0;
    }

    mouse_old_x = x;
    mouse_old_y = y;
}

void motion(int x, int y)
{
    float dx, dy;
    dx = (float)(x - mouse_old_x);
    dy = (float)(y - mouse_old_y);

    if (mouse_buttons & 1)
    {
        rotate_x += dy * 0.2f;
        rotate_y += dx * 0.2f;
    }
    else if (mouse_buttons & 4)
    {
        translate_z += dy * 0.01f;
    }

    mouse_old_x = x;
    mouse_old_y = y;
}

Answer 1

我想以正确的方式学习它，然后使用一些第三方库。

使用 GLM 并没有错，因为 GLM 只是一个处理矩阵的数学库。您想学习非常基础的知识是一件非常好的事情。这些天很少见的特征。在进行高级 OpenGL 时，了解这些内容非常宝贵。

好的，为你学习三件事：

1. 基本离散线性代数，即如何处理具有离散元素的矩阵和向量。标量和复杂的元素暂时就足够了。

2. 一点点数字。您必须能够编写执行基本线性代数运算的代码：缩放和添加向量，执行向量的内积和外积。执行矩阵向量和矩阵矩阵乘法。反转矩阵。

3. 了解齐次坐标。

（4. 如果你想增加趣味，学习四元数，那些东西很摇滚！）

在第 3 步之后，您就可以编写自己的线性数学代码了。即使你还不知道齐次坐标。只需编写它就可以有效地处理 4×4 维矩阵和 4 维向量。

一旦你掌握了齐次坐标，你就会明白 OpenGL 的实际作用。然后：在编写自己的线性数学库时放弃最初的编码步骤。 为什么？因为它会充满错误。我维护的一个小 linmath.h 充满了它们；每次我在一个新项目中使用它时，我都会修复其中的一些。因此，我建议您使用经过良好测试的东西，例如 GLM 或 Eigen。

我在我的着色器设置方法中将 MVP 的初始值设置为单位矩阵，它为我的点提供了正确的 2D 表示：

您应该将它们分成 3 个矩阵：模型、视图和投影。在您的着色器中，您应该有两个模型视图和投影。 IE。您将投影按原样传递给着色器，但计算以单独统一传递的复合 Model · View = Modelview 矩阵。

要移动“相机”，您需要修改View 矩阵。

现在我的问题是如何调整“motion”和“mouse”这两个函数，到目前为止，这两个函数只有前一个示例中的一些代码，其中使用了已弃用的执行方式：

大部分代码保持不变，因为它不涉及 OpenGL。您需要替换的是那些 glRotate 和 glTranslate 调用。

如前所述，您正在处理View 矩阵。首先让我们看看 glRotate 做了什么。在固定函数 OpenGL 中有一个内部别名，我们称之为M，它设置为使用 glMatrixMode 选择的任何矩阵。然后我们可以将glRotate用伪代码写成

proc glRotate(angle, vec_x, vec_y, vec_z):
    mat4x4 R = make_rotation_matrix(angle, vec_x, vec_y, vec_z)
    M = M · R

好的，所有的魔法似乎都在函数make_rotation_matrix 中。那个看起来怎么样。好吧，既然你正在学习线性代数，这对你来说是一个很好的练习。找到具有以下属性的矩阵R：

l a = R·a，其中 a 是旋转轴

cos(phi) = b·c && b·a = 0 && b·c = 0，其中 phi 是旋转角度

由于您可能只是想完成这件事，您也可以求助于 OpenGL-1.1 规范，该规范在其关于 glRotatef 的部分中记录了该矩阵

您可以在它们旁边找到所有其他矩阵操作函数的规范。

现在，您无需对使用 glMatrixMode 选择的某些隐藏状态变量进行操作，而是让您的矩阵数学库直接对您定义和提供的矩阵变量进行操作。在你的情况下View。与Projection 和Model 类似。然后在渲染时，将模型和视图收缩到已经提到的复合体中。这样做的原因是，您通常想要将顶点位置带入眼睛空间的中间结果（片段着色器的Modelview * position）。确定矩阵值后，您绑定程序 (glUseProgram) 并设置统一值，然后渲染您的几何图形。 (glDraw…)