OpenGL 鼠标拾取模型

1.简介

在我们的场景中，使用鼠标光标点击或“挑选”一个3d对象是很有用的。一种方法是从鼠标投射3d光线，通过相机，进入场景，然后检查光线是否与任何物体相交。这通常被称为光线投射。

我们不是从局部空间中的网格开始，而是从视口空间中的2d鼠标光标位置开始。我们用逆矩阵来逆向进行变换，得到世界空间中的一条射线。

首先在局部空间中有一个局部坐标(0.5,1,0)
然后乘以model矩阵变换到世界空间坐标(10.5,1,-20,1)，这里增加了齐次坐标w=1
然后世界空间坐标乘以view矩阵转换到我们摄像机看到的坐标(5,-1,-9.5,1)
然后观察坐标乘以projection矩阵转换到裁剪空间(9.05,-2.41,7.67,9.5)，这里齐次坐标变为-z
然后标准化设备坐标到(-1,1)的空间中，使用x/w，y/w，z/w得到(0.95,-0.25,0.81)
最后转换到像素坐标，转换到(1024,768)这个坐标下，得到(998,288)，以下为公式。

但是实际上，我们要点击到模型，首先是从视口空间坐标开始，也就是从(998,288)开始，进行反推。

2.计算世界空间坐标

float _near=0.1f,_far=100.0f;
QVector4D AXBOpemglWidget::worldPosFromViewPort(int posX, int posY)
{float winZ;glReadPixels(posX,this->height()-posY,1,1,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,&winZ);qDebug()<<"z = "<<winZ; //获取深度值float x=(2.0f*posX)/this->width()-1.0f; //转化为标准设备坐标(-1,1)float y=1.0f-(2.0f*posY)/this->height();//转化为标准设备坐标(-1,1)float z=winZ*2.0-1.0f;//转化为标准设备坐标(-1,1)float w = (2.0 * _near * _far) / (_far + _near - z * (_far - _near));//计算齐次坐标//float w= _near*_far/(_near*winZ-_far*winZ+_far);QVector4D wolrdPostion(x,y,z,1);wolrdPostion=w*wolrdPostion;//裁剪空间的坐标return view.inverted()*projection.inverted()*wolrdPostion; //获得世界空间的坐标
}

首先传入像素坐标x，y
glReadPixels获取到深度值
然后标准化坐标(x,y,z)
计算齐次坐标
使用w*x，w*y，w*z得到裁剪空间坐标
最后乘以projection逆矩阵 view的逆矩阵得到世界空间坐标

3.如何判断点中了模型

这里给出了一个简单的算法，把模型比作一个球体，计算点击位置P点到模型中心O点的距离，如果小于半径r（使用世界坐标来计算距离），则选中物体。当然这个算法并不完美。

        for(QMap<QString, ModelInfo>::iterator iter=m_Models.begin();iter!=m_Models.end();iter++){ModelInfo *modelInfo=&iter.value();float r=(modelInfo->model->m_maxY-modelInfo->model->m_minY)/2;if(modelInfo->worldPos.distanceToPoint(QVector3D(wolrdPostion))<r&&!hasSelected){modelInfo->isSelected=true;hasSelected=true;}}

4.源码

#include "axbopemglwidget.h"
#include "vertices.h"
const unsigned int timeOutmSec=50;QVector3D viewInitPos(0.0f,5.0f,20.0f);
float _near=0.1f,_far=100.0f;
QMatrix4x4 model;
QMatrix4x4 view;
QMatrix4x4 projection;
AXBOpemglWidget::AXBOpemglWidget(QWidget *parent) : QOpenGLWidget(parent)
{connect(&m_timer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(on_timeout()));m_timer.start(timeOutmSec);m_time.start();m_camera.Position=viewInitPos;setFocusPolicy(Qt::StrongFocus);//setMouseTracking(true);
}AXBOpemglWidget::~AXBOpemglWidget()
{for(auto iter=m_Models.begin();iter!=m_Models.end();iter++){ModelInfo *modelInfo=&iter.value();delete modelInfo->model;}
}void AXBOpemglWidget::loadModel(string path)
{static int i=0;makeCurrent();Model * _model=new Model(QOpenGLContext::currentContext()->versionFunctions<QOpenGLFunctions_3_3_Core>(),path.c_str());qDebug()<<"miny = "<<_model->m_minY;//m_camera.Position=cameraPosInit(_model->m_maxY,_model->m_minY);m_Models["张三"+QString::number(i++)]=ModelInfo{_model,QVector3D(0,0-_model->m_minY,0),0.0,0.0,0.0,false,"张三"};doneCurrent();
}void AXBOpemglWidget::initializeGL()
{initializeOpenGLFunctions();//创建VBO和VAO对象，并赋予IDbool success;m_ShaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Vertex,":/shaders/shaders/shapes.vert");m_ShaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Fragment,":/shaders/shaders/shapes.frag");success=m_ShaderProgram.link();if(!success) qDebug()<<"ERR:"<<m_ShaderProgram.log();m_BoxDiffuseTex=newQOpenGLTexture(QImage(":/images/images/container2.png").mirrored());m_PlaneDiffuseTex=newQOpenGLTexture(QImage(":/images/images/wall.jpg").mirrored());m_PlaneMesh=processMesh(planeVertices,6,m_PlaneDiffuseTex->textureId());
}void AXBOpemglWidget::resizeGL(int w, int h)
{Q_UNUSED(w);Q_UNUSED(h);
}void AXBOpemglWidget::paintGL()
{model.setToIdentity();view.setToIdentity();projection.setToIdentity();// float time=m_time.elapsed()/50.0;projection.perspective(m_camera.Zoom,(float)width()/height(),_near,_far);view=m_camera.GetViewMatrix();glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);glEnable(GL_DEPTH_TEST);glDepthFunc(GL_LESS);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);m_ShaderProgram.bind();m_ShaderProgram.setUniformValue("projection", projection);m_ShaderProgram.setUniformValue("view", view);//model.rotate(time, 1.0f, 1.0f, 0.5f);m_ShaderProgram.setUniformValue("viewPos",m_camera.Position);// light properties, note that all light colors are set at full intensitym_ShaderProgram.setUniformValue("light.ambient", 0.7f, 0.7f, 0.7f);m_ShaderProgram.setUniformValue("light.diffuse", 0.9f, 0.9f, 0.9f);m_ShaderProgram.setUniformValue("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);// material propertiesm_ShaderProgram.setUniformValue("material.shininess", 32.0f);m_ShaderProgram.setUniformValue("light.direction", -0.2f, -1.0f, -0.3f);m_ShaderProgram.setUniformValue("model", model);m_PlaneMesh->Draw(m_ShaderProgram);foreach(auto modelInfo,m_Models){model.setToIdentity();model.translate(modelInfo.worldPos);model.rotate(modelInfo.pitch,QVector3D(1.0,0.0,0.0));model.rotate(modelInfo.yaw,QVector3D(0.0,1.0,0.0));model.rotate(modelInfo.roll,QVector3D(0.0,0.0,1.0));m_ShaderProgram.setUniformValue("model", model);modelInfo.model->Draw(m_ShaderProgram);}}void AXBOpemglWidget::wheelEvent(QWheelEvent *event)
{m_camera.ProcessMouseScroll(event->angleDelta().y()/120);
}void AXBOpemglWidget::keyPressEvent(QKeyEvent *event)
{float deltaTime=timeOutmSec/1000.0f;switch (event->key()) {case Qt::Key_W: m_camera.ProcessKeyboard(FORWARD,deltaTime);break;case Qt::Key_S: m_camera.ProcessKeyboard(BACKWARD,deltaTime);break;case Qt::Key_D: m_camera.ProcessKeyboard(RIGHT,deltaTime);break;case Qt::Key_A: m_camera.ProcessKeyboard(LEFT,deltaTime);break;case Qt::Key_Q: m_camera.ProcessKeyboard(DOWN,deltaTime);break;case Qt::Key_E: m_camera.ProcessKeyboard(UP,deltaTime);break;case Qt::Key_Space: m_camera.Position=viewInitPos;break;default:break;}
}void AXBOpemglWidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event)
{if(event->buttons() & Qt::RightButton){static QPoint lastPos(width()/2,height()/2);auto currentPos=event->pos();QPoint deltaPos=currentPos-lastPos;lastPos=currentPos;m_camera.ProcessMouseMovement(deltaPos.x(),-deltaPos.y());}
}void AXBOpemglWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *event)
{makeCurrent();if(event->buttons()&Qt::LeftButton){QVector4D wolrdPostion=worldPosFromViewPort(event->pos().x(),event->pos().y());mousePickingPos(QVector3D(wolrdPostion));for(QMap<QString, ModelInfo>::iterator iter=m_Models.begin();iter!=m_Models.end();iter++){ModelInfo *modelInfo=&iter.value();float r=(modelInfo->model->m_maxY-modelInfo->model->m_minY)/2;if(modelInfo->worldPos.distanceToPoint(QVector3D(wolrdPostion))<r){qDebug()<<"selected";}}}doneCurrent();
}void AXBOpemglWidget::on_timeout()
{update();
}QVector3D AXBOpemglWidget::cameraPosInit(float maxY, float minY)
{QVector3D temp={0,0,0};float height=maxY-minY;temp.setZ(1.5*height);if(minY>=0)temp.setY(height/2.0);viewInitPos=temp;return temp;
}Mesh* AXBOpemglWidget::processMesh(float *vertices, int size, unsigned int textureId)
{vector<Vertex> _vertices;vector<unsigned int> _indices;vector<Texture> _textures;//memcpy(&_vertices[0],vertices,8*size*sizeof(float));for(int i=0;i<size;i++){Vertex vert;vert.Position[0]=vertices[i*5+0];vert.Position[1]=vertices[i*5+1];vert.Position[2]=vertices[i*5+2];vert.TexCoords[0]=vertices[i*5+3];vert.TexCoords[1]=vertices[i*5+4];_vertices.push_back(vert);_indices.push_back(i);}Texture tex; tex.id=textureId;tex.type="texture_diffuse";_textures.push_back(tex);return new Mesh(QOpenGLContext::currentContext()->versionFunctions<QOpenGLFunctions_3_3_Core>(),_vertices,_indices,_textures);
}QVector4D AXBOpemglWidget::worldPosFromViewPort(int posX, int posY)
{float winZ;glReadPixels(posX,this->height()-posY,1,1,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,&winZ);float x=(2.0f*posX)/this->width()-1.0f;float y=1.0f-(2.0f*posY)/this->height();float z=winZ*2.0-1.0f;float w = (2.0 * _near * _far) / (_far + _near - z * (_far - _near));//float w= _near*_far/(_near*winZ-_far*winZ+_far);QVector4D wolrdPostion(x,y,z,1);wolrdPostion=w*wolrdPostion;return view.inverted()*projection.inverted()*wolrdPostion;
}

5.完整工程
https://download.csdn.net/download/wzz953200463/87941643https://download.csdn.net/download/wzz953200463/87941643

6.相关参考

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