具有高多边形网格的OpenGL 3D光线拾取
如何使用包含高多边形网格的模型在3d场景中实现3d光线拾取？
遍历所有三角形以执行三角形线相交测试需要太多时间。我知道存在octree等方法，应该可以将它们用于场景中的模型，但是我不知道如何在网格级别使用这些概念。但是，如果您在网格级别使用八叉树，那么如何遮盖超过八叉树体积边界的多边形问题呢？
您是否对哪种方法适合或推荐用于实时OpenGl应用程序的具有高多边形模型的3d射线相交？
2 个答案:
答案 0 :(得分：2)
对于光线拾取渲染的对象（如通过鼠标），最好的选择是使用已经渲染的缓冲区，因为与复杂场景上的光线相交测试相比，读取它们的成本非常低。想法是将每个可拾取的渲染对象渲染为每个您需要的有关它们的信息的单独缓冲区，例如：
-
深度缓冲区
这将为您提供射线与物体相交的 3D 位置。
-
模板缓冲区
如果每个对象都使用其 ID （或其在对象列表中的索引）渲染到模具中，则可以直接获取选取的对象。
-
其他
也有辅助颜色附件和FBO。因此，您可以添加其他任何东西，例如法线向量或任何您需要的东西。
如果编码正确，那么所有这些都只会稍微降低性能（甚至根本不会降低），因为您不需要计算任何内容，只需每个缓冲区每个片段一次写入即可。
选择本身很容易，您只需从所需的所有缓冲区中读取相应的像素并将其转换为所需的格式即可。
下面是使用固定管道（无着色器）的简单 C ++ / VCL 示例...
//---------------------------------------------------------------------------
#include <vcl.h>
#include <math.h>
#pragma hdrstop
#include "Unit1.h"
#include "gl_simple.h"
//---------------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
//---------------------------------------------------------------------------
void matrix_mul_vector(double *c,double *a,double *b,double w=1.0)
{
double q[3];
q[0]=(a[ 0]*b[0])+(a[ 4]*b[1])+(a[ 8]*b[2])+(a[12]*w);
q[1]=(a[ 1]*b[0])+(a[ 5]*b[1])+(a[ 9]*b[2])+(a[13]*w);
q[2]=(a[ 2]*b[0])+(a[ 6]*b[1])+(a[10]*b[2])+(a[14]*w);
for(int i=0;i<3;i++) c[i]=q[i];
}
//---------------------------------------------------------------------------
class glMouse
{
public:
int sx,sy; // framebuffer position [pixels]
double pos[3]; // [GCS] ray end coordinate (or z_far)
double beg[3]; // [GCS] ray start (z_near)
double dir[3]; // [GCS] ray direction
double depth; // [GCS] perpendicular distance to camera
WORD id; // selected object id
double x0,y0,xs,ys,zFar,zNear; // viewport and projection
double *eye; // camera direct matrix pointer
double fx,fy; // perspective scales
glMouse(){ eye=NULL; for (int i=0;i<3;i++) { pos[i]=0.0; beg[i]=0.0; dir[i]=0.0; } id=0; x0=0.0; y0=0.0; xs=0.0; ys=0.0; fx=0.0; fy=0.0; depth=0.0; }
glMouse(glMouse& a){ *this=a; };
~glMouse(){};
glMouse* operator = (const glMouse *a) { *this=*a; return this; };
// glMouse* operator = (const glMouse &a) { ...copy... return this; };
void resize(double _x0,double _y0,double _xs,double _ys,double *_eye)
{
double per[16];
x0=_x0; y0=_y0; xs=_xs; ys=_ys; eye=_eye;
glGetDoublev(GL_PROJECTION_MATRIX,per);
zFar =0.5*per[14]*(1.0-((per[10]-1.0)/(per[10]+1.0)));
zNear=zFar*(per[10]+1.0)/(per[10]-1.0);
fx=per[0];
fy=per[5];
}
void pick(double x,double y) // test screen x,y [pixels] position
{
int i;
double l;
GLfloat _z;
GLint _id;
sx=x; sy=ys-1.0-y;
// read depth z and linearize
glReadPixels(sx,sy,1,1,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,&_z);// read depth value
depth=_z; // logarithmic
depth=(2.0*depth)-1.0; // logarithmic NDC
z=(2.0*zNear*zFar)/(zFar+zNear-(z*(zFar-zNear))); // linear <zNear,zFar>
// read object ID
glReadPixels(sx,sy,1,1,GL_STENCIL_INDEX,GL_INT,&_id); // read stencil value
id=_id;
// win [pixel] -> GL NDC <-1,+1>
x= (2.0*(x-x0)/xs)-1.0;
y=1.0-(2.0*(y-y0)/ys);
// ray start GL camera [LCS]
beg[2]=-zNear;
beg[1]=(-beg[2]/fy)*y;
beg[0]=(-beg[2]/fx)*x;
// ray direction GL camera [LCS]
for (l=0.0,i=0;i<3;i++) l+=beg[i]*beg[i]; l=1.0/sqrt(l);
for (i=0;i<3;i++) dir[0]=beg[0]*l;
// ray end GL camera [LCS]
pos[2]=-depth;
pos[1]=(-pos[2]/fy)*y;
pos[0]=(-pos[2]/fx)*x;
// convert to [GCS]
matrix_mul_vector(beg,eye,beg);
matrix_mul_vector(pos,eye,pos);
matrix_mul_vector(dir,eye,dir,0.0);
}
};
//---------------------------------------------------------------------------
// camera & mouse
double eye[16],ieye[16]; // direct view,inverse view and perspective matrices
glMouse mouse;
// objects
struct object
{
WORD id; // unique non zero ID
double m[16]; // direct model matrix
object(){}; object(object& a){ *this=a; }; ~object(){}; object* operator = (const object *a) { *this=*a; return this; }; /*object* operator = (const object &a) { ...copy... return this; };*/
};
const int objs=7;
object obj[objs];
// textures
GLuint txr=-1;
//---------------------------------------------------------------------------
void matrix_inv(double *a,double *b) // a[16] = Inverse(b[16])
{
double x,y,z;
// transpose of rotation matrix
a[ 0]=b[ 0];
a[ 5]=b[ 5];
a[10]=b[10];
x=b[1]; a[1]=b[4]; a[4]=x;
x=b[2]; a[2]=b[8]; a[8]=x;
x=b[6]; a[6]=b[9]; a[9]=x;
// copy projection part
a[ 3]=b[ 3];
a[ 7]=b[ 7];
a[11]=b[11];
a[15]=b[15];
// convert origin: new_pos = - new_rotation_matrix * old_pos
x=(a[ 0]*b[12])+(a[ 4]*b[13])+(a[ 8]*b[14]);
y=(a[ 1]*b[12])+(a[ 5]*b[13])+(a[ 9]*b[14]);
z=(a[ 2]*b[12])+(a[ 6]*b[13])+(a[10]*b[14]);
a[12]=-x;
a[13]=-y;
a[14]=-z;
}
//---------------------------------------------------------------------------
void gl_draw()
{
int i; object *o;
double a;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT );
glEnable(GL_CULL_FACE);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_STENCIL_TEST);
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);
glStencilMask(0xFFFF); // Write to stencil buffer
glStencilFunc(GL_ALWAYS,0,0xFFFF); // Set any stencil to 0
for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
{
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadMatrixd(ieye);
glMultMatrixd(o->m);
glStencilFunc(GL_ALWAYS,o->id,0xFFFF); // Set any stencil to object ID
vao_draw();
}
glStencilFunc(GL_ALWAYS,0,0xFFFF); // Set any stencil to 0
glDisable(GL_STENCIL_TEST); // no need fot testing
// render mouse
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadMatrixd(ieye);
a=0.1*mouse.depth;
glColor3f(0.0,1.0,0.0);
glBegin(GL_LINES);
glVertex3d(mouse.pos[0]+a,mouse.pos[1],mouse.pos[2]);
glVertex3d(mouse.pos[0]-a,mouse.pos[1],mouse.pos[2]);
glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1]+a,mouse.pos[2]);
glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1]-a,mouse.pos[2]);
glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2]+a);
glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2]-a);
glEnd();
Form1->Caption=AnsiString().sprintf("%.3lf , %.3lf , %.3lf : %u",mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2],mouse.id);
// debug buffer views
if ((Form1->ck_depth->Checked)||(Form1->ck_stencil->Checked))
{
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glPushMatrix();
glLoadIdentity();
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,txr);
GLfloat *f=new GLfloat[xs*ys],z;
if (Form1->ck_depth ->Checked)
{
glReadPixels(0,0,xs,ys,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,f);
for (i=0;i<xs*ys;i++) f[i]=1.0-(2.0*mouse.zNear)/(mouse.zFar+mouse.zNear-(((2.0*f[i])-1.0)*(mouse.zFar-mouse.zNear)));
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, xs, ys, 0, GL_RED, GL_FLOAT, f);
}
if (Form1->ck_stencil->Checked)
{
glReadPixels(0,0,xs,ys,GL_STENCIL_INDEX,GL_FLOAT,f);
for (i=0;i<xs*ys;i++) f[i]/=float(objs);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, xs, ys, 0, GL_GREEN, GL_FLOAT, f);
}
delete[] f;
glColor3f(1.0,1.0,1.0);
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2f(1.0,0.0); glVertex2f(+1.0,-1.0);
glTexCoord2f(1.0,1.0); glVertex2f(+1.0,+1.0);
glTexCoord2f(0.0,1.0); glVertex2f(-1.0,+1.0);
glTexCoord2f(0.0,0.0); glVertex2f(-1.0,-1.0);
glEnd();
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glPopMatrix();
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
glFlush();
SwapBuffers(hdc);
}
//---------------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner):TForm(Owner)
{
int i;
object *o;
gl_init(Handle);
vao_init();
// init textures
glGenTextures(1,&txr);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,txr);
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_COPY);
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
// init objects
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(-1.5,4.7,-8.0);
for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
{
o->id=i+1; // unique non zero ID
glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,o->m);
glRotatef(360.0/float(objs),0.0,0.0,1.0);
glTranslatef(-3.0,0.0,0.0);
}
for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
{
glLoadMatrixd(o->m);
glRotatef(180.0*Random(),Random(),Random(),Random());
glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,o->m);
}
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormDestroy(TObject *Sender)
{
glDeleteTextures(1,&txr);
gl_exit();
vao_exit();
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormResize(TObject *Sender)
{
gl_resize(ClientWidth,ClientHeight);
// obtain/init matrices
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0,0,-15.0);
glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,ieye);
matrix_inv(eye,ieye);
mouse.resize(0,0,xs,ys,eye);
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormPaint(TObject *Sender)
{
gl_draw();
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Timer1Timer(TObject *Sender)
{
gl_draw();
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormMouseWheel(TObject *Sender, TShiftState Shift, int WheelDelta, TPoint &MousePos, bool &Handled)
{
GLfloat dz=2.0;
if (WheelDelta<0) dz=-dz;
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadMatrixd(ieye);
glTranslatef(0,0,dz);
glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,ieye);
matrix_inv(eye,ieye);
gl_draw();
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormMouseMove(TObject *Sender, TShiftState Shift, int X, int Y)
{
mouse.pick(X,Y);
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::ck_depthClick(TObject *Sender)
{
gl_draw();
}
//---------------------------------------------------------------------------
此处是左侧RGB，深度，模具的预览：
此处捕获的GIF：
前3个数字是[GCS]中所选择像素的 3D 位置，标题中的最后一个数字是所选择的 ID ，其中0表示没有对象。
该示例从此处使用gl_simple,h：
您可以忽略VCL内容，因为它不重要，只需将事件移植到您的环境中即可。
那该怎么办：
-
渲染
您需要将模板缓冲区添加到您的 GL 窗口像素格式，因此在我的情况下，我只需添加：
从pfd.cStencilBits = 16;gl_init()进入
gl_simple.h函数。还将其位添加到glClear中，然后像在gl_draw()中所做的那样，将每个对象模具设置为其 ID 。 -
领取
我写了一个小的
glMouse类，它完成了所有繁重的工作。每次更改透视图，视图或视口时，请调用其glMouse::resize函数。这将准备以后计算所需的所有常数。当心它需要直接的摄像头/视图矩阵！！！现在，每次鼠标移动（或单击或执行其他操作）时，都会调用
glMouse::pick函数，然后使用类似id的结果，该结果将返回使用 ID 拾取的对象或pos，它是射线对象相交的全局世界坐标（[GCS]中的 3D 坐标。该功能仅读取深度和模板缓冲区。像这样线性化深度：
并在
beg,dir,pos,depth中计算射线[GCS]。 -
普通
您有2个选项可以将法线渲染为另一个缓冲区，这是最简单，最精确的。或读取一个像素周围2个或更多相邻像素的读取深度，计算其3D位置。通过使用叉积计算，可以计算出法线和平均值（如果需要）。但这会导致边缘出现伪像。
如注释中所述，为了提高准确性，您应该使用线性深度缓冲，而不是像这样线性化对数：
在这里我使用了相同的技术（在基于GDI的SW等距渲染中）：
答案 1 :(得分：1)
使用八进制。确保它适合您的整个网格。
另外，听起来您正在将每个多边形分配给一个叶子/桶，这是不对的。将polys分配给它们出现在其中的所有叶子/桶。
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