OpenGL ES 2.0 中的放大 - 物体消失

Question

我想了解如何在 OpenGL ES 2.0 中正确缩放。我已经成功绘制了一个模型，但它太小了，我无法缩放到这个模型中。我想要的是通过这个模型进行缩放。

该模型是一个带有不同楼层的建筑物-我想缩放到每个楼层的每个房间。但是要么由于视锥体而使对象消失，要么我无法很接近这个对象。

我正在使用缩放触摸手势，并获得值“scale”-现在我应该如何处理这个值？

我迄今为止尝试过的：

改变近平面和远平面距离以及在 Matrix.setLookAtM(...) 中更改 eyeZ 值，但我只能实现缩小... 它在一段时间后消失在缩放中... 因此，我无法缩放到一些特殊部分（“那么远…”）

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如何才能实现这个？

最大的问题在于接近平面和通过eyeZ值进行缩放的结合。它根本不起作用。如果我放大，由于接近平面，对象会消失。但我没有看到这背后的逻辑。

目前我正在使用：

/*
 * Set the camera position (View matrix)
 */
Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, offset, eyeX, eyeY, eyeZ / mZoomLevel,
                  centerX, centerY, centerZ, upX, upY, upZ);

mZoomLevel是我通过onTouch缩放获得的因子。

这里展示了我的整个矩阵操作：

@Override
public void onDrawFrame(GL10 unused) {

LoggerHelper.calculateFPS();

/*
 * Draw background color
 */
 GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

/*
 * scale model down to smaller values
 */
Matrix.setIdentityM(mModelMatrix, 0);
Matrix.scaleM(mModelMatrix, 0, model3d.getRatio() * scaleFactor,
                model3d.getRatio() * scaleFactor, model3d.getRatio()
                                * scaleFactor);

/*
 * rotate and translate model in dependence to the user input
 */
Matrix.translateM(mModelMatrix, 0, translateX, translateY, translateZ);
Helper.rotateModel(mModelMatrix, rotationX, rotationY, rotationZ, true,
                model3d.getWidth(), model3d.getLength(), model3d.getHeight());

/*
 * Set the camera position (View matrix)
 */
Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, offset, eyeX, eyeY, eyeZ / mZoomLevel,
                centerX, centerY, centerZ, upX, upY, upZ);

/*
 * combine the model with the view matrix
 */
Matrix.multiplyMM(mMVMatrix, 0, mViewMatrix, 0, mModelMatrix, 0);

/*
 * this projection matrix is applied to object coordinates in the
 * onDrawFrame() method
 */
Matrix.frustumM(mProjectionMatrix, 0, -ratio, ratio, 1, -1,
                nearPlaneDistance, farPlaneDistance);

/*
 * Calculate the projection and view transformation
 */
float[] mMVPMatrix = new float[16];
Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mMVMatrix, 0);

/*
 * all the drawing stuff inside the model-object (otherwise
 * translation/rotation wouldn't affect every object)
 */
model3d.draw(mMVPMatrix);

}

一些重要的变量：

private float nearPlaneDistance = 1f;
private float farPlaneDistance = 200f;
private float eyeZ = -1;

我在Github上上传了一个虚拟项目，仅包含OpenGL部分 - 如果你想更好地查看源代码，可以查看它

我有：

我需要的是：

- Frame91

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我仍然不明白为什么我的问题会被踩。我提出了一个清晰的问题，说明了我的需求，只是想知道如何实现它... 对于这个特定的问题，缺乏大量的文档资料... - Frame91

没错，我同意你的观点。这里有很多人在不理解问题的情况下进行负面评价。 - nilkash

根据您的图片，您不需要缩放 - 您只需要将相机移近一点。尝试设置一个超级小的近截面。而且从您的模型复杂性来看，我认为您不需要调整/重新调整近截面。只需选择一个超小的值并坚持使用它。我不知道您的模型处于什么比例尺度，但您可以尝试使用建筑物墙高除以1000或10000的值。 - Tenfour04

嘿，谢谢！你说的“将相机靠近”是什么意思？我需要将模型的z值翻译过来吗，还是要改变eyeZ？另外，当我将近平面更改为例如0.0001时，整个模型似乎被“拉伸”了，我看不清任何东西 :/ - Frame91

抱歉，刚看到你的评论。我不确定你正在使用哪个Matrix类来处理相机，但你只需要在z方向上更改相机矩阵的位置（而不是模型位置）。如果通过更改截锥体来拉伸模型，则Matrix类、顶点着色器或模型平移代码（修改其顶点位置）中存在错误。 - Tenfour04

Answer 1

我的一个解决方案（效果不是很好）：

public void setZoom(float zoom) {
    // this projection matrix is applied to object coordinates
    // in the onDrawFrame() method
    float ratio = (float) width / height;
    Matrix.frustumM(mProjectionMatrix, 0, -ratio / zoom, ratio / zoom, -1
            / zoom, 1 / zoom, nearPlaneDistance, farPlaneDistance);
}

但这并不是最好的方法（请参见下面答案中的评论）

- Frame91

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虽然这解决了你的问题，但这是一个糟糕的解决方案。你所做的是减少了视野范围。如果正确使用LookAt应该可以解决问题。如果你的模型在(0,0,0)，起始的eyeZ为-1.0，那么将eyeZ设置为-1.0/zoom就可以完成任务。通常情况下，当当前眼睛向量为"eye0"，物体位置为"T0"时，你应该将缩放实现为eye = T0 + (eye0-T0)/zoom。 - Matic Oblak

谢谢！我明天早上会试一下 ;) - Frame91

嘿，Look-At因视野的问题而出现了一些麻烦...我无法将物体缩放得很远...它会因为近场平面而消失（我尝试更改平面的值...但效果不是很好）。 - Frame91

你的nearPlaneDistance和farPlaneDistance定义了剪裁。最好定义参数“near”，“far”和“angle”。然后，要获取那些“left”，“right”...参数，您可以使用dimension = near * tan(angle) * .5。然后使用Matrix.frustumM(mProjectionMatrix, 0, -ratio / zoom * dimension, ratio / zoom * dimension, -1 / zoom * dimension, 1 / zoom * dimension, nearPlaneDistance, farPlaneDistance); - Matic Oblak

嗨，我最近更改了缩放方式。现在是通过建议的eyeZ？-1.0/zoom来实现的。然而，我仍然无法缩放到我的模型中（它在我“进入”模型之前就停止缩放了）。我尝试将模型放大一点，但没有任何区别。我该如何解决这个问题？我已经上传了一个示例到以下存储库：https://github.com/Dalanie/OpenGL-ES/tree/master/buildingGL/ - Frame91

Answer 2

我对你的“缩放”感到困惑，或者你对它感到困惑。 当您移动视图矩阵（改变eyeZ）时，您不会缩放，只是移动相机。 是的，将相机靠近物体会使其看起来更大（在透视投影的情况下），但这并不是缩放。 您可以通过更改相机的焦距或视角来进行缩放。您可以改变相机的“透视性”。 就像如果您有一个真正的相机，仅向您的摄影主体行进与使用相机的变焦是不同的（假设它具有机械变焦）。

为了真正地对某些东西进行缩放（如果那确实是您想要的），您需要在Matrix.frustumM中更改“比率”。 因此，您可以使对象“在屏幕上变大”，而无需担心对象被近平面剪裁。 但是，它也会改变透视。 您缩放得越多，它看起来就越像正交投影。

我认为您尝试实现的是在建筑模型内飞行。 对于此操作，您不需要动态调整相机的缩放，但需要调整前后平面。

我想我知道你困惑的源头在哪里了。 当你改变视锥体的近平面但保持比例不变时，实际上你改变了缩放和视角。 因为投影矩阵的x和y焦点值是通过近平面除以左/右和上/下计算得出的。 Matrix.frustumM中的左、右、上、下实际上是近平面的尺寸。

这是frustumM的源代码。你可以看到x和y（即焦点）仅使用近平面而不是远平面进行计算。 如果你想保持缩放或视角并改变近平面，你将不得不将左、右（在你的情况下是比率）和上、下（在你的情况下是1）乘以原始近深度与新近深度之间的比率。

public static void frustumM(float[] m, int offset,
        float left, float right, float bottom, float top,
        float near, float far) {
    if (left == right) {
        throw new IllegalArgumentException("left == right");
    }
    if (top == bottom) {
        throw new IllegalArgumentException("top == bottom");
    }
    if (near == far) {
        throw new IllegalArgumentException("near == far");
    }
    if (near <= 0.0f) {
        throw new IllegalArgumentException("near <= 0.0f");
    }
    if (far <= 0.0f) {
        throw new IllegalArgumentException("far <= 0.0f");
    }
    final float r_width  = 1.0f / (right - left);
    final float r_height = 1.0f / (top - bottom);
    final float r_depth  = 1.0f / (near - far);
    final float x = 2.0f * (near * r_width);
    final float y = 2.0f * (near * r_height);
    final float A = 2.0f * ((right + left) * r_width);
    final float B = (top + bottom) * r_height;
    final float C = (far + near) * r_depth;
    final float D = 2.0f * (far * near * r_depth);
    m[offset + 0] = x;
    m[offset + 5] = y;
    m[offset + 8] = A;
    m[offset +  9] = B;
    m[offset + 10] = C;
    m[offset + 14] = D;
    m[offset + 11] = -1.0f;
    m[offset +  1] = 0.0f;
    m[offset +  2] = 0.0f;
    m[offset +  3] = 0.0f;
    m[offset +  4] = 0.0f;
    m[offset +  6] = 0.0f;
    m[offset +  7] = 0.0f;
    m[offset + 12] = 0.0f;
    m[offset + 13] = 0.0f;
    m[offset + 15] = 0.0f;
}

- user1097185

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谢谢你的留言！我已经更新了我的问题，向你展示了我的问题。实际上，我不知道我是否需要缩放、比例或移动我的相机以获得所需的结果 :( 祝福！ - Frame91

好的，翻译z是没问题的。但是当我旋转我的模型时，轴会交换，所以z不会向我的物体靠近，而是向侧面移动...如果我不旋转它就可以正常工作... - Frame91

我猜这是因为你的模型不再与z轴对齐了？不确定为什么你会旋转模型而不是相机？ - user1097185