osg学习(四十二)osg和opengl的相机坐标系

本文详细对比了OpenGL和OSG两种图形库中相机坐标系的不同。OpenGL的坐标原点在屏幕中心,向右为x正方向,向上为y正方向,垂直屏幕向里为z负方向;而OSG的坐标原点同样在屏幕中心,但向右为x正方向,向上为z正方向,垂直屏幕向里为y的正方向,相当于OpenGL绕x轴旋转90°。
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1、opengl的相机坐标系

坐标原点在屏幕中心,向右为x正方向,向上为y正方向,垂直屏幕向里为z负方向

 

2、osg的相机坐标系

坐标原点在屏幕中心,向右为x正方向,向上为z正方向,垂直屏幕向里为y的正方向

相当于opengl的相机坐标系绕x轴旋转90°。

 

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### OSG 中屏幕坐标转换为物体局部坐标的实现 为了将屏幕坐标转换成物体的局部坐标,在 OpenSceneGraph (OSG) 应用程序中通常需要经过几个变换过程。这涉及到从屏幕空间到视口(Viewport),再到相机(Camera)空间,最终映射回世界(World)坐标系并进一步转化为目标对象(Object)自身的局部坐标系。 #### 1. 获取鼠标点击位置对应的三维向量 当用户在屏幕上点击时,可以获得二维的像素坐标(x, y)。这些坐标位于窗口内部,并且是从左下角开始计算的(0, 0)点。要将其转变为标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC),即[-1, 1]范围内的值: \[ ndcX = \frac{2 * mouseX}{windowWidth} - 1 \] \[ ndcY = 1 - \frac{2 * mouseY}{windowHeight} \] 其中 `mouseX` `mouseY` 是鼠标的实际坐标;而 `windowWidth`, `windowHeight` 则代表当前渲染窗口尺寸[^1]。 #### 2. 计算近裁剪面远裁剪面上对应点的世界坐标 利用上述得到的NDC坐标以及摄像机矩阵(Projection Matrix),可以通过逆投影(Inverse Projection)来求解两个端点分别处于最近平面(near plane)与最远平面(far plane)上的世界坐标\(P_{near}\), \(P_{far}\)[^2]: ```cpp // 假设已知projectionMatrix, viewMatrix, nearPlaneDistance, farPlaneDistance osg::Vec3d start; osg::Vec3d end; double winZ_near = 0.0f; // Near clip plane Z value in window coordinates. double winZ_far = 1.0f; // Far clip plane Z value in window coordinates. // Convert from normalized device coordinates to world space using inverse of projection and modelview matrices. unProject(osg::Vec3(ndcX, ndcY, winZ_near), projectionMatrix, viewMatrix, viewport, start); unProject(osg::Vec3(ndcX, ndcY, winZ_far), projectionMatrix, viewMatrix, viewport, end); ``` 这里使用的函数`unProject()`可以从OpenGL Mathematics Library(GLM)或其他图形库获取,用于执行从窗口坐标(Window Coordinate)到世界坐标(World Coordinate)之间的转换操作[^3]。 #### 3. 寻找光线与模型表面交点 有了起点(`start`)终点(`end`)之后就可以构建一条穿过这两个顶点的空间直线。接着遍历场景图(Scene Graph),对于每一个几何体(Geometry),判断这条线段是否会与其发生碰撞(Collision Detection)。如果确实存在相交情况,则记录该交差点作为候选结果之一[^4]。 一旦找到了确切的接触位置,还需要应用额外的变化才能获得相对于特定节点(Node)本地框架(Local Frame)下的表示形式——也就是所谓的“局部坐标”。为此目的,应当取得所选实体(Entity)关联的变换(Transform)信息,并据此调整先前所得的世界坐标[^5]。 ```cpp for each intersected geometry { osg::Vec3 localIntersectionPoint = transform->getInverseMatrix() * intersectionWorldPosition; } ``` 通过这种方式即可完成由屏幕坐标至任意选定物体局部坐标间的转变流程。
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