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  • OpenGL学习笔记:拾取与选择

    转自:OpenGL学习笔记:拾取与选择

    在开发OpenGL程序时,一个重要的问题就是互动,假设一个场景里面有很多元素,当用鼠标点击不同元素时,期待作出不同的反应,那么在OpenGL里面,是怎么知道我当前鼠标的位置是哪一个物体呢?

    OpenGL有一套机制,叫做Picking, 里面涉及到几个核心概念:

    1. selection mode. 选择模式

    2. name stack. 名字栈

    3. hit record。 命中记录

    4. viewing volume。 视角范围

    在OpenGL的picking中,选择物体不是选择一个单独的物体,而是选择一片范围内的所有物体。这种设计思路是有点奇怪,但是OpenGL就是这麽设计的。假如鼠标当前的位置是(200,200),普通的应用就是选择在点(200,200)处的物体ID, 但OpenGL不然,它是选择以(200,200)为中心的,比如长宽都为20的这个范围内可见的物体,也就是说,前面一种选择,是以点为选择依据,OpenGL的选择,是以中心为(200,200),长宽各位10的面为依据,好像举着一个画框,只要在这个画框内的物体,都会当作返回结果。

    我不是很理解为什么OpenGL要这麽设计,但肯定有它的道理。以上的几个核心概念,就是配合这种设计思路的,不难看出:

    1. Viewing volume。就是指用来选择的画框

    2. hit record。就是所返回的物体数据

    3. name stack。是用来分配并保存物体ID的堆栈

    4. selection mode. OpenGL有三种模式,Render mode。就是普通的绘图模式,Select mode。在picking时的选择模式,Feedback mode。不画图,不选择,而是把所有最终的渲染完之后的绘画指令返回给用户。在绘图仪上作画等方面特别有用

    当需要相应鼠标选择事件的时候,要首先进入selection mode, 然后才能执行相应的操作步骤

    以下是详细的操作步骤:

    1. 获取鼠标位置

    2. 进入选择模式selection mode

    3. 设置画框大小view volume,当然,是根据鼠标位置来的

    4. 像往常一样绘制场景

    5. 退出选择模式,得到选择结果

    进入选择模式:

    1. glSelectBuffer,设置选择缓冲区,hit record会被OpenGL保存在里面

    2. glRenderMode(GL_SELECT),正式进入选择模式

    设置画框大小:

    1. gluPickMatrix。设置画框近平面大小

    2. gluPerspective。影响画框的容量

    实例代码:

    glSelectBuffer(BUFSIZE,selectBuf);
    glRenderMode(GL_SELECT);
    
    glMatrixMode(GL_PROJECTION); //保存投影矩阵
    glPushMatrix();
    glLoadIdentity();
    
    glGetIntegerv(GL_VIEWPORT,viewport);
    gluPickMatrix(cursorX,viewport[3]-cursorY,5,5,viewport);
    gluPerspective(45,ratio,0.1,1000);

    注意,上面的代码中在执行gluPickMatrix值钱先保存了投影矩阵,然后再重新创造一个新的供自己使用。原因是gluPickMatrix会操作投影举证,该函数和后续的gluPerspective共同作用,最终会生成一个全新的投影矩阵,该矩阵中的所有物体,都会被视为选中。为了不影响旧有的投影矩阵,因此需要保存先

    绘制场景:

    绘制场景的时候有一点比较重要,那就是对每个需要绘制的单独元素,起一个名字(ID),这样OpenGL才能在推出选择模式的时候告知调用者,哪个物体被选择了。当然如果非不取,那OpenGL也会返回被选择的物体,只是不带名字。因此绘制场景的步骤一般如下:

    1. glInitNames, 初始化name stack。 OpenGL的中对元素名字的操作需要通过一个栈,叫做名字栈,为啥这麽墨迹,不直接指定名字?具体原因是OpenGL总要有个地方去读取名字,而且,一个名字下包括哪些需要绘画的内容?OpenGL怎么知道当前画的这个人头是属于上个人的还是上上个人的?只能通过名字栈的变化才能知道。而且一个元素可以有多个内容,怎么搞?于是乎名字栈就应运而生,OpenGL认为这个东东可以解决这一系列问题

    2. glPushName。 创建一个名字。

    3. 开始画啊画啊画

    4. glPopName。一个元素绘制结束

    5. 从步骤2循环到4的一个个元素绘制

    实例代码:

    	glInitNames();
    
    	glPushName(BODY);
    	drawBody();
    	glPopName();
    
    	glPushName(HEAD);
    	drawHead();
    	drawEyes();
    	glPopName();
    
    	drawGround();  //不带名字的元素

    还有另外一个有用的函数,glLoadName。它的作用是用一个新的名字替代栈顶当前的名字。说白了,就等同于:

    glPopName()

    glPushName(newName)

    OpenGL里面,一个物体还可以有多个名字,这个貌似有点荒唐,确实也比较荒唐,但OpenGL也有它的道理,比如一个元素,它的名字叫“head",那么,如果我想知道这个头是谁的头,怎么搞?OpenGL告诉你压力不大,再给他取一个名字叫”Aka",那么你就知道这是Aka的头。也就是说,我绘制了一个元素,然后给它两个名字,一个叫head, 一个叫aka,那么当你选择了该物体的时候,你就知道了,这个物体是aka的头。

    示例代码如下:

    glPushName(Aka)

    glPushName(Head)

    draw()

    glPopName(Head)

    glPopName(Aka)

    于是,draw出来的物体就有两个名字了.

    处理选择结果:

    处理选择接过之前,要先推出selection模式,然后OpenGl会返回一个数目,被选中物体的数目,跟据该数目,就知道在选择缓冲区里面保存了多少个物体,每个物体都有固定的数据结构,一个个的读取该数据结构,就知道哪些物体被选取了。

    示例代码:

    void stopPicking() {
    
    	int hits;
    	
    	// restoring the original projection matrix
    	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    	glPopMatrix();
    	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    	glFlush();
    	
    	// returning to normal rendering mode
    	hits = glRenderMode(GL_RENDER);//得到选中物体的数目
    	
    	// if there are hits process them
    	if (hits != 0)
    		processHits(hits,selectBuf);
    }

    重要的是选择缓冲区中hit record的数据结构,该结构是一个GLuinit的类型,也就说里面所有的数据都是uinit,等等,名字不是也在里面吗,这可是string啊,no, 名字其实不是string,准确的说应该叫ID,普通的1,2,3而已

    每一个元素的结构提如下:

    1. 该物体的名字的数目。一个物体可以有多个名字,你懂的

    2. 该物体被选中区域的最小Z值。我们往往根据这个值得知哪一个才是鼠标点所在的物体

    3. 该物体被选中区域的最大Z值。

    4. 名字

    5. 名字。。

    由于物体可以有多个名字,甚至可以木有名字,因此元素的结构不是固定大小的,以下为例:

    Hit Record Contents Description
    0 表示这个元素没名字
    4.2822e+009 最小Z值
    4.28436e+009 最大Z值
    1 这个元素有1个名字
    4.2732e+009 最小Z值
    4.27334e+009 最大Z值
    6 名字叫6
    2 这个元素有2个名字
    4.27138e+009 最小Z值
    4.27155e+009 最大Z值
    2 第一个名字叫2
    5 第二个名字叫5

    所以呢,只需要对着选择缓冲区,一个个的读下去就对了,示例代码:

    void processHits2 (GLint hits, GLuint buffer[])
    {
       unsigned int i, j;
       GLuint names, *ptr, minZ,*ptrNames, numberOfNames;
    
       printf ("hits = %d
    ", hits);
       ptr = (GLuint *) buffer;
       minZ = 0xffffffff;
       for (i = 0; i < hits; i++) {	
          names = *ptr;
    	  ptr++;
    	  if (*ptr < minZ) {
    		  numberOfNames = names;
    		  minZ = *ptr;
    		  ptrNames = ptr+2;
    	  }
    	  
    	  ptr += names+2;
    	}
      printf ("The closest hit names are ");
      ptr = ptrNames;
      for (j = 0; j < numberOfNames; j++,ptr++) {
         printf ("%d ", *ptr);
      }
      printf ("
    ");
       
    }

    注意:以上所有的概念和函数,都只在selection mode下面有效。如果转到了Render mode,系统怎么处理这些函数呢?很简单,华丽的无视掉。

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