为 glsl 准备模型、视图和投影矩阵

Question

我正在使用 vecmath 库来帮助处理矩阵数学，同时我正在转换 opengl 程序以更好地利用 glsl。

写完问题后，我想我有 3 个小问题：

• 模型矩阵的值从何而来？
• 我是否需要重置display() 中的所有模型、视图和投影矩阵？即每一帧
• 是否在绘制每个对象后重置模式、视图和投影矩阵？

这就是我在GLEventListener 的reshape 函数中计算projection 和view 矩阵的方式。..

Matrix4f mProjectionMatrix = createPerspectiveProjection(
    60.0f, width / height, 0.1f, 100.0f);
Matrix4f mViewMatrix = new Matrix4f();
mViewMatrix.setIdentity();

辅助函数..

private Matrix4f createPerspectiveProjection(float fov, float aspect, float zNear, float zFar){

    Matrix4f mat = new Matrix4f();

    float yScale = (float) (1 / (Math.tan(Math.toRadians(fov / 2))));
    float xScale = yScale / aspect;
    float frustrumLength = zFar - zNear;

    mat.m00 = xScale;
    mat.m11 = yScale;
    mat.m22 = -((zFar + zNear) / frustrumLength);
    mat.m23 = -1;
    mat.m32  = -((2 * zFar * zNear) / frustrumLength);
    mat.m33 = 0;

    return mat;
}

在GLEventListener 中的display() 内部，我不确定接下来的步骤。

从概念上讲，我有以下想法，这些是我需要执行的正确步骤吗？ ..

public void display(GLAutoDrawable gLDrawable){

    // reset view matrix, needed?

    // Calculate the model view projection matrix .. where does model matrix get it's values from?

    // translate to Square1's position?
    // rotate to Square1's angle?
    // draw Square1 .. passing MVP matrix

    // translate to Square2's position?
    // rotate to Square2's angle?
    // draw Square2 .. passing MVP matrix
}

这是我的顶点着色器..

uniform mat4 uMVPMatrix;
attribute vec4 vPosition;
void main() {
    gl_Position = uMVPMatrix * vPosition;
}

Answer 1

我在我的 OpenGL 应用程序中保留了三个矩阵。它们是 Model、View 和 Projection 矩阵。所有这些矩阵都使用制服发送到着色器，着色器执行此操作。

gl_Position = mProj * mView * mModel * vec4(position, 1.0);

即默认位置在本地对象空间中。将它与 Model 矩阵相乘会应用该模型的平移、旋转和缩放，并且变换后的顶点现在位于世界空间中。

现在顶点乘以 View 矩阵，该矩阵应用相机的变换，例如相机的位置和方向。现在顶点将在眼睛空间中。

最后将顶点与投影矩阵相乘，应用透视或正交的效果，这取决于我选择使用什么。最终在转换之后，顶点将处于标准化设备坐标（范围从 -1 到 +1）并由 OpenGL 渲染。

模型矩阵从哪里得到它的值？

模型矩阵默认为单位矩阵。每当您只想转换实体而不是整个世界时，您将转换矩阵与模型矩阵相乘，并将结果设置为新的模型矩阵。这允许您为场景中模型的每个实例保留单独的属性。

我需要重置display() 中的所有模型、视图和投影矩阵吗？即每一帧？

不，你没有。您可以创建一次矩阵，但每当矩阵的值在客户端（即您的程序）发生变化时，您必须在着色器程序中更新制服。

绘制每个对象后是否重置模式、视图和投影矩阵？

不，你没有。通常，您将保留一个投影和一个视图矩阵，但场景中每个对象都有几个模型矩阵。投影在整个应用过程中通常不会发生变化，因此无需重新更新。视图矩阵与您的相机一起使用，因此通常它也是整个场景的一个。但是，每个对象的模型矩阵会有所不同，因此您必须每帧更新它。

您从哪里获得模型矩阵值？即它们是从什么生成的？

有一些公式可以创建这些矩阵，例如您上面的辅助方法，它根据视野和相机镜头的纵横比生成透视投影矩阵。这些公式在这里很难解释，所以你可以看看我的Transforms类的源代码，它有这样的功能。

在我的 GitHub 存储库中查看我的 Transforms 类的源代码。它没有完全记录在案，但我认为您可以使用它们。

希望这会有所帮助。