Выделение объектов сцены центром экрана посредством камеры

@General_TaO · Регистрация: 01.07.2017

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Ку-ку, кодеры!

Использую OpenGL 3.3+ c GLFW + GLSL. Пишу это все на C++ в QT Creator. Пишу свою игрушку, практикуя там то, что я постепенно изучаю в OpenGL.

У меня есть FPS-камера, сцена, где отрисовываются кубы. Все грани кубов параллельны соответствующим координатным осям. Камера может двигаться и вращаться. Задано это все в мировых координатах. Есть окно, которое имеет центр с координатамиWidth/2 и Height/2. Пусть это будет x и y соответственно. Хочу выявить, находится ли эта точка на том или ином отрисованном кубе, а далее проводить с ним какие-то действия. В дальнейшем планирую вводить освящение.

Вопрос: Какой лучший способ выбрать и как это реализовать?

Буду премного благодарен за помощь! Спасибо!

@Igor3D · 04.12.2017, 13:29

Написать типовую ф-цию "пересечение луча с кубом" (на крайняк найти готовую). Центр экрана соответствует лучу (0, 0, -1, 0) в СК камеры. Домножив этот вектор на матрицу обратную model-view куба получаете его а модельных координатах куба. В общем, все почти так же как в предыдущей задаче.

Сообщение от General_TaO

Все грани кубов параллельны соответствующим координатным осям.

Это упрощение сильно обедняет, но расчеты не становятся проще. Желание "начать с чего-то попроще" (да ну их, эти матрицы) вполне понятно и естественно. Но они все равно Вас "найдут", поэтому лучше не затягивать.

@General_TaO · 05.12.2017, 09:49 **[ТС]**

Что значит луч с координатами (0, 0, -1, 0)? Я понимаю это, как точку в пространстве... Прошу вас уяснить мне этот вопрос.

@Antikl · 05.12.2017, 10:32

а такое ?
https://triplepointfive.github... ial29.html

@Igor3D · 06.12.2017, 13:17

Сообщение от General_TaO

Что значит луч с координатами (0, 0, -1, 0)? Я понимаю это, как точку в пространстве... Прошу вас уяснить мне этот вопрос.

Луч - это "половинка прямой", обычно задается точкой и вектором (необязательно единичным). Поскольку луч исходит из камеры, то в ее СК точка = (0, 0, 0), а напр-е и есть напр-е взгляда камеры, которое в ее СК = (0, 0, -1).

Не по теме:

Примечание: строго говоря, это не всегда так, можно задать такую (кастомную) матрицу проекции, что центр экрана будет соответствовать др вектору. Но это надо сильно постараться, поэтому об этом можно пока забыть. А если уж делать "по всем правилам" то надо использовать gluProject/gluUnproject (в Qt есть удобные аналоги) для вычисления вектора.

Выглядит так

C++

float RayCubeIntersect( const vec3 & rayOrigin, const vec3 & rayDir, const Cube & cube, vec3 * normal = 0 )
{
 ...
}

Ф-ция возвращает -1 если луч не пересек куб, иначе расстояние от rayOrigin до ближайшей стенки куба. Часто нужен не только "факт пересечения" но и нормаль в точке пересечения. А используя матрицы Вы простым домножением легко получаете луч хоть в мировой СК хоть в модельной

@General_TaO · 24.12.2017, 16:17 **[ТС]**

Не буду создавать новую тему, поэтому спрошу здесь....

Я вот пытаюсь перевести точку с СК камеры в мировые координаты. Получается, мне надо перевести точки (0, 0, 0) и (0, 0, -1) и уже на их базе работать.

Какую матрицу мне использовать для переводов? У меня есть матрица lookAt но с ней получаются какие-то непропорциональные координаты. Это при последовательном умножении lookAt на вектор позиции камеры. Или я что-то не то делаю? А как перевести, например точку (0, 0, -1) в мировые координаты?

@Igor3D · 25.12.2017, 09:04

Сообщение от General_TaO

Какую матрицу мне использовать для переводов? У меня есть матрица lookAt но с ней получаются какие-то непропорциональные координаты. Это при последовательном умножении lookAt на вектор позиции камеры. Или я что-то не то делаю? А как перевести, например точку (0, 0, -1) в мировые координаты?

1) Матрица созданная lookAt переводит из мира в камеру. В OpenGL ее называют "view matrix" (матрица вида). Поэтому для перевода "из камеры в мир" надо использовать обратную матрицу. Пример

C++

QMatrix4x4 matrView, matrInvView;
matrView.lookAt(,,,);   // создаем матрицу "из мира в камеру"
matrInvView = matrView.inverted();  // получаем матрицу "из камеры в мир"
QVector4D pos(0, 0, 0, 1);   // позиция камеры в СК камеры
QVector4D dir(0, 0, -1, 0);   // вектор взгляда камеры в СК камеры
 
QVector3D posW = matrInvView * pos;  // позиция камеры в мировой СК
QVector3D dirW = matrInvView * dir;   // вектор взгляда камеры в мировой СК

Обратите внимание что для вектора w = 0 (будет применено только вращение)

2)

Сообщение от General_TaO

Я вот пытаюсь перевести точку с СК камеры в мировые координаты. Получается, мне надо перевести точки (0, 0, 0) и (0, 0, -1) и уже на их базе работать.

На всякий случай еще раз напомню что (0, 0, -1) - это вектор (а не точка). Ну ладно, получите точку и вектор в мире, дальше что? Здесь считать в мире не очень удобно

Вопросик (для тех кто хочет докопаться): а почему в спецификации OpenGL ничего не говорится про мир и СК камеры, а просто

gluLookAt — define a viewing transformation

?

@General_TaO · 25.12.2017, 09:21 **[ТС]**

Спасибо за разъяснение.
Я собираюсь использовать переведенные в СК мира точки для составления из них уравнения луча, которой я потом буду тестировать на столкновение с объектами. А есть и более выгодные способы?

@Igor3D · 25.12.2017, 10:57

Сообщение от General_TaO

Я собираюсь использовать переведенные в СК мира точки для составления из них уравнения луча, которой я потом буду тестировать на столкновение с объектами. А есть и более выгодные способы?

Уравнение луча - не проблема в любой СК.

C++

1	p = ray.pos + ray.dir * t

Где pos и dir = то что выше, а t - переменная, расстояние по лучу. Проблема в другом. Сравним 2 задачи

1) Центр кубикв в точке (0, 0, 0) и он выровнен по осям. Луч выходит из точки pos и имеет напр-е dir. Найти пересечение(я)
2) Центр кубикв в точке (x, y, z) и он как-то повернут по осям. Луч выходит из точки pos и имеет напр-е dir. Найти пересечение(я)

Очевидно вторая требует намного больше времени и кода. А ведь Вы легко можете свести дело к первой, просто используйте ModelView матрицу куба (вместо View матрицы в примере выше). И кубы у Вас смогут стоять как угодно (а не только по осям в мире)

@General_TaO · 25.12.2017, 11:45 **[ТС]**

ModelView матрица куба - это Model матрица куба, умноженная на View матрицу камеры, верно?

@Igor3D · 26.12.2017, 09:30

Сообщение от General_TaO

ModelView матрица куба - это Model матрица куба, умноженная на View матрицу камеры, верно?

Да, только наоборот, т.к. операции записываются в обратном порядке. Это та матрица что Вы создаете чтобы нарисовать куб

@General_TaO · 26.12.2017, 21:25 **[ТС]**

Опять я в ступоре...

У меня получаются какие-то странные значения координат. Что я делаю:

C++ (Qt)

1
2
3

 glm::mat4 ModelView = camera.View * cube.Model
 glm::vec4 Point1 = inverse(ModelView) * vec4(0.0f);
 glm::vec4 Point2 = inverse(ModelView) * vec4(0.0f, 0.0f, -1.0f. 0.0f);

В итоге у меня Point1 = (0,0,0), а Point2 имеет просто значения наклона камеры от -1 до 1. Это нормально или я опять что-то скопытил?

@Igor3D · 27.12.2017, 12:11

1) инверсия матрицы - операция дорогая, поэтому делать ее дважды неграмотно, такой код неприятно "режет глаз".
2) зачем давать имя "Point2" если по смыслу это вектор?
3) Pont1 - координата, у нее w должно быть = 1, а у Вас ?

Сообщение от General_TaO

В итоге у меня Point1 = (0,0,0).... Это нормально.. ?

Нет. Пишите авккуратнее, и все получится

@General_TaO · 27.12.2017, 21:48 **[ТС]**

Сообщение от Igor3D

а у Вас ?

А у меня w = 0. И в первом, и во втором случае...

Добавлено через 1 час 51 минуту
А вот моя модельная матрица моего кубика с координатами(0,-4,-10, 1)... Может в ней что-то не так?
[ 1 0 0 0 ]
[ 0 1 0 0 ]
[ 0 0 1 0 ]
[ 0 -4 -10 1]

В общем... Никакие это не значения поворота. При умножении, хотя-бы, inverse(View) на Point2 я получаю координаты точки в системе координат камеры. А что, если я это полученное значение прибавлю к camera.Position? Получу ли я точку в мировых координатах?

Добавлено через 4 часа 32 минуты
Я нашёл свою ошибку. В третей строчки своего кода надо было умножать на вектор с координатой w=1

@General_TaO 3 / 3 / 0 Регистрация: 01.07.2017 Сообщений: 146
	27.12.2017, 21:48 [ТС]	14
	Сообщение от Igor3D а у Вас ? А у меня w = 0. И в первом, и во втором случае... Добавлено через 1 час 51 минуту А вот моя модельная матрица моего кубика с координатами(0,-4,-10, 1)... Может в ней что-то не так? [ 1 0 0 0 ] [ 0 1 0 0 ] [ 0 0 1 0 ] [ 0 -4 -10 1] В общем... Никакие это не значения поворота. При умножении, хотя-бы, inverse(View) на Point2 я получаю координаты точки в системе координат камеры. А что, если я это полученное значение прибавлю к camera.Position? Получу ли я точку в мировых координатах? Добавлено через 4 часа 32 минуты Я нашёл свою ошибку. В третей строчки своего кода надо было умножать на вектор с координатой w=1 0

@Igor3D 1865 / 765 / 105 Регистрация: 01.10.2012 Сообщений: 4,133
	04.12.2017, 13:29	2
	Написать типовую ф-цию "пересечение луча с кубом" (на крайняк найти готовую). Центр экрана соответствует лучу (0, 0, -1, 0) в СК камеры. Домножив этот вектор на матрицу обратную model-view куба получаете его а модельных координатах куба. В общем, все почти так же как в предыдущей задаче. Сообщение от General_TaO Все грани кубов параллельны соответствующим координатным осям. Это упрощение сильно обедняет, но расчеты не становятся проще. Желание "начать с чего-то попроще" (да ну их, эти матрицы) вполне понятно и естественно. Но они все равно Вас "найдут", поэтому лучше не затягивать. 1

@General_TaO 3 / 3 / 0 Регистрация: 01.07.2017 Сообщений: 146
	05.12.2017, 09:49 [ТС]	3
	Что значит луч с координатами (0, 0, -1, 0)? Я понимаю это, как точку в пространстве... Прошу вас уяснить мне этот вопрос. 0

@Antikl с++ 1282 / 523 / 225 Регистрация: 15.07.2015 Сообщений: 2,562
	05.12.2017, 10:32	4
	а такое ? https://triplepointfive.github... ial29.html 1

@General_TaO 3 / 3 / 0 Регистрация: 01.07.2017 Сообщений: 146
	24.12.2017, 16:17 [ТС]	6
	Не буду создавать новую тему, поэтому спрошу здесь.... Я вот пытаюсь перевести точку с СК камеры в мировые координаты. Получается, мне надо перевести точки (0, 0, 0) и (0, 0, -1) и уже на их базе работать. Какую матрицу мне использовать для переводов? У меня есть матрица lookAt но с ней получаются какие-то непропорциональные координаты. Это при последовательном умножении lookAt на вектор позиции камеры. Или я что-то не то делаю? А как перевести, например точку (0, 0, -1) в мировые координаты? 0

@General_TaO 3 / 3 / 0 Регистрация: 01.07.2017 Сообщений: 146
	25.12.2017, 09:21 [ТС]	8
	Спасибо за разъяснение. Я собираюсь использовать переведенные в СК мира точки для составления из них уравнения луча, которой я потом буду тестировать на столкновение с объектами. А есть и более выгодные способы? 0

@General_TaO 3 / 3 / 0 Регистрация: 01.07.2017 Сообщений: 146
	25.12.2017, 11:45 [ТС]	10
	ModelView матрица куба - это Model матрица куба, умноженная на View матрицу камеры, верно? 0

@Igor3D 1865 / 765 / 105 Регистрация: 01.10.2012 Сообщений: 4,133
	26.12.2017, 09:30	11
	Сообщение от General_TaO ModelView матрица куба - это Model матрица куба, умноженная на View матрицу камеры, верно? Да, только наоборот, т.к. операции записываются в обратном порядке. Это та матрица что Вы создаете чтобы нарисовать куб 1

@Igor3D 1865 / 765 / 105 Регистрация: 01.10.2012 Сообщений: 4,133
	27.12.2017, 12:11	13
	1) инверсия матрицы - операция дорогая, поэтому делать ее дважды неграмотно, такой код неприятно "режет глаз". 2) зачем давать имя "Point2" если по смыслу это вектор? 3) Pont1 - координата, у нее w должно быть = 1, а у Вас ? Сообщение от General_TaO В итоге у меня Point1 = (0,0,0).... Это нормально.. ? Нет. Пишите авккуратнее, и все получится 0