【转】【OPenGL】理解OpenGL拾取模式（OpenGL Picking）

最新推荐文章于 2024-04-03 08:31:30 发布

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最新推荐文章于 2024-04-03 08:31:30 发布 · 148 阅读

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本文深入探讨了OpenGL中的拾取机制，揭示了其不同于D3D的射线交叉测试实现方式，而是利用图形管线中的投影变换。通过归一化视体和拾取矩阵，OpenGL在投影阶段实现选择物体。详细步骤包括移动、缩放和反向z轴等操作，并通过实例代码展示了如何设置拾取框并检查矩阵变化。最后，解释了选择结果的存储和处理，以及如何从选择模式返回正常模式。

在用OpenGL进行图形编程的时候，通常要用鼠标进行交互操作，比如用鼠标点选择画面中的物体，我们称之为拾取(Picking)，在网上看了很多OpenGL拾取的文章，但大多是只是介绍在OpenGL中如何拾取，如何利用OpenGL提供的一系列函数来完成拾取，最多再简单介绍下OpenGL的名字栈(Name stack)，拾取矩阵(Picking Matrix)等等，但是拾取真正的原理确没有提到。所以，我在这里为大家详细介绍下OpenGL中拾取是怎样实现的，以及其背后的真正原理。

OpenGL中的拾取是对OpenGL图形管线的一个应用。所以OpenGL中的拾取并不是像D3D一样采用射线交叉测试来判断是否选中一个目标，而是在图形管线的投影变换(Projection Transformation)阶段利用拾取矩阵来实现的。为了理解这个过程，先来复习一下OpenGL的图形管线。

总的来说，OpenGL图形管线大体分为上面的五个阶段。在编程的时候使用glMatrixMode(GL_MODELVIEW)，或者 glMatrixMode(GL_PROJECTION)就是告诉OpenGL我们是要在那个阶段进行操作。先来看看投影变换，因为理解投影变换是理解OpenGL拾取的前提条件。为了简单起见，这里以正交投影(Orthogonal Projection)为例。在OpenGL中，使用正交投影可以调用glOrtho (left, right, bottom, top, zNear, zFar)，其中的六个参数分别对应正交投影视体的六个平面到观察坐标系原点的距离。一旦在程序中调用了这个函数，OpenGL会马上创建根据给定的六个参数创建一个视体，并且把视体的大小归一化到-1到1之间，也就是说，OpenGL会自动把你给的参数所对应的x，y，z值转换为-1到1之间的值，并且这个视体的中心就是观察坐标系的原点。要注意的是，当视体归一化后，z轴的方向要反向，也就是说，这里OpenGL的右手坐标系要换成左手坐标系。原因很简单，z轴朝向显示器里的方向更符合我们的常识，越向里就离我们越远，z的值也就越大。

当我们调用了glOrtho()这个函数后，OpenGL会建立一个矩阵，也就是投影矩阵。这个矩阵可以分解为三个步骤，首先将我们设置的视体移动到观察坐标是的原点，然后在缩放为边长为2的单位视体。因为转化后的视体坐标都在-1和1之间，所以视体的边长就是2。然后再对z进行反方向。最后的投影矩阵我们用来表示的话，那么有

上面的矩阵虽然看起来很复杂，其实很简单。它就是进行移动，缩放，反号三个操作而已。现在我们在OpenGL中检查一下是不是进行了这样的操作。添加下面的代码。

glMatrixMode(GL_PROJECTION);    
  
glLoadIdentity();    
  
glOrtho(-10, 10, -10, 10, -10, 10);    
  
GLfloat m[16];    
  
glGetFloatv(GL_PROJECTION_MATRIX, m);

首先进入投影变换阶段，然后我们使用glLoadIdentity()在矩阵栈中存入单位矩阵。设置视体为边长为20的正方体。这里我们把glortho中的6个参数带入上面公式计算，得到的结果为