如何使用鼠标改变OpenGL相机

Question

我正在尝试在OpenGL中设置相机来查看三维空间中的一些点。为了实现这个目标，我不想使用旧的固定功能风格（glMatrixMode()、glTranslate等），而是自己设置模型视图投影矩阵，在顶点着色器中使用它。一个正交投影就足够了。

很多关于这方面的教程似乎都使用glm库进行，但由于我完全不懂OpenGL，我想学习正确的方式，然后再使用第三方库。此外，大多数教程都没有描述如何使用glMotionFunc()和glMouseFunc()将相机放置在空间中。

因此，我想找一些示例代码和指导，以便在3D中查看我的点。这里是我编写的顶点着色器：

const GLchar *vertex_shader =   // Vertex Shader
"#version 330\n"
"layout (location = 0) in vec4 in_position;"
"layout (location = 1) in vec4 in_color;"
"uniform float myPointSize;"
"uniform mat4 myMVP;"
"out vec4 color;"  
"void main()"  
"{"
"   color = in_color;"
"   gl_Position = in_position * myMVP;"
"   gl_PointSize = myPointSize;"
"}\0";

我在着色器设置方法中将MVP的初始值设置为单位矩阵，这给了我正确的点的二维表示：

// Set up initial values for uniform variables
glUseProgram(shader_program);

location_pointSize = glGetUniformLocation(shader_program, "myPointSize");
glUniform1f(location_pointSize, 25.0f);

location_mvp = glGetUniformLocation(shader_program, "myMVP");
float mvp_array[16] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,  // 1st column
                       0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,  // 2nd column
                       0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,  // 3rd column
                       0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f   // 4th column
                      };
glUniformMatrix4fv(location_mvp, 1, GL_FALSE, mvp_array);

glUseProgram(0);

现在我的问题是如何适应两个函数“motion”和“mouse”，到目前为止这两个函数只有一些代码来自以前的示例，其中使用了过时的方法：

// OLD, UNUSED VARIABLES
int mouse_old_x;
int mouse_old_y;
int mouse_buttons = 0;
float rotate_x = 0.0;
float rotate_y = 0.0;
float translate_z = -3.0;

...
// set view matrix
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0, 0.0, translate_z);
glRotatef(rotate_x, 1.0, 0.0, 0.0);
glRotatef(rotate_y, 0.0, 1.0, 0.0);
...

// OLD, UNUSED FUNCTIONS
void mouse(int button, int state, int x, int y)
{
    if (state == GLUT_DOWN)
    {
        mouse_buttons |= 1<<button;
    }
    else if (state == GLUT_UP)
    {
        mouse_buttons = 0;
    }

    mouse_old_x = x;
    mouse_old_y = y;
}

void motion(int x, int y)
{
    float dx, dy;
    dx = (float)(x - mouse_old_x);
    dy = (float)(y - mouse_old_y);

    if (mouse_buttons & 1)
    {
        rotate_x += dy * 0.2f;
        rotate_y += dx * 0.2f;
    }
    else if (mouse_buttons & 4)
    {
        translate_z += dy * 0.01f;
    }

    mouse_old_x = x;
    mouse_old_y = y;
}

- Schnigges

Answer 1

我希望你能以正确的方式学习，然后使用一些第三方库。GLM没有问题，因为GLM只是一个处理矩阵的数学库。你想要学习基础知识是非常好的事情，在进行高级OpenGL时了解这些内容是非常宝贵的。

好的，你需要学习以下三个方面：

1. 基本的线性代数，即如何处理具有离散元素的矩阵和向量。目前只需要标量和复杂元素。 2. 了解一点数值计算。你必须编写代码来执行基本的线性代数操作：缩放和添加向量、执行向量的内积和外积、执行矩阵-向量和矩阵-矩阵乘法、求逆矩阵。 3. 学习齐次坐标。 4. 如果你想增加难度，可以学习四元数，这些东西很棒！

完成第三步后，你就可以编写自己的线性数学代码了。即使你还不了解齐次坐标，也可以编写出有效地处理4×4维矩阵和4维向量的代码。

掌握了齐次坐标后，你就能够理解OpenGL实际上在做什么了。然后，丢弃写自己的线性数学库的第一步。为什么？因为那会充满错误。我维护的一个小linmath.h文件就充满了错误；每次在新项目中使用它时，我都会修复其中的一些错误。因此，我建议你使用像GLM或Eigen这样经过充分测试的库。

你应该将其分成三个矩阵：模型、视图和投影。在着色器中，你应该有两个，即模型视图和投影。也就是说，你将投影作为一个uniform传递给着色器，但要计算一个复合的Model · View = Modelview矩阵并将其作为单独的uniform传递。

要移动"摄像机"，你需要修改View矩阵。

大部分代码保持不变，因为它们没有涉及OpenGL。你需要替换的是那些glRotate和glTranslate调用。

你正在操作View矩阵，如前所述。首先让我们看看glRotate的操作。在固定函数的OpenGL中，有一个内部别名，称为M，它被设置为与glMatrixMode选择的矩阵相同。然后我们可以将glRotate写成伪代码：

proc glRotate(angle, vec_x, vec_y, vec_z):
    mat4x4 R = make_rotation_matrix(angle, vec_x, vec_y, vec_z)
    M = M · R

好的，所有的魔法似乎都在函数make_rotation_matrix中。看起来这样。既然你正在学习线性代数，这是一个很好的练习。找到具有以下属性的矩阵R：

l a = R·a，其中a是旋转轴

cos(phi) = b·c && b·a = 0 && b·c = 0, 其中phi是旋转角度

由于你可能只是想完成这个任务，你可以查看OpenGL-1.1规范，该规范记录了与glRotatef部分相关的矩阵。

在它们旁边，你可以找到所有其他矩阵操作功能的规范。

现在，你不用再操作一些隐藏的状态变量，而是让你的矩阵数学库直接操作你定义和提供的矩阵变量。在你的情况下是View。类似地，你也要对Projection和Model进行操作。然后当你渲染时，将Model和View合并成已经提到的复合物。这样做的原因是，通常你希望将顶点位置带入眼空间的中间结果（片段着色器的Modelview * position）。确定矩阵值后，你绑定程序（glUseProgram）并设置统一值，然后渲染几何体（glDraw…）。

- datenwolf