texture - shader opengl




具有高多邊形網格的OpenGL 3D-raypicking (2)

如何在包含高多邊形網格的模型的3d場景中實現3d raypicking?

迭代所有三角形以執行三角線相交測試需要花費太多時間。 我知道存在類似八叉樹等的方法,應該可以將它們用於場景中的模型,但我不知道如何在網格級使用這些概念。 但是,如果在網格級別使用八叉樹,那麼如何覆蓋超出八叉樹邊界的多邊形問題呢?

對於實時OpenGl應用程序的高多邊形模型,您是否有任何建議適用於或推薦用於三維光線交叉的方法?


使用八叉樹。 確保它適合整個網格。

此外,聽起來你將每個poly分配給一個葉子/桶,這是不對的。 將多邊形分配給它們出現的所有葉子/桶。


對於光線拾取渲染對象(如鼠標),最佳選擇是使用已經渲染的緩衝區,因為與復雜場景上的光線交叉測試相比,讀取它們的成本非常低。 我們的想法是根據您需要的每個信息將每個可選擇的渲染對象渲染為單獨的緩衝區,例如:

  1. 深度緩衝區

    這將為您提供光線與物體相交的 3D 位置。

  2. 模板緩衝區

    如果每個對象使用其 ID (或其在對象列表中的索引)呈現為模板,則可以直接獲取拾取的對象。

  3. 任何其他

    還有二級顏色附件和FBO。 所以你可以添加任何其他東西,如普通矢量或你需要的東西。

如果編碼正確,所有這些只會稍微降低性能(甚至根本不會),因為您不需要計算任何東西,每個緩衝區每個片段只需一次寫入。

拾取本身很容易,您只需從所需的所有緩衝區中讀取相應的像素並轉換為所需的格式。

這裡使用固定管道(無著色器)的簡單 C ++ / VCL 示例...

//---------------------------------------------------------------------------
#include <vcl.h>
#include <math.h>
#pragma hdrstop
#include "Unit1.h"
#include "gl_simple.h"
//---------------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
//---------------------------------------------------------------------------
void matrix_mul_vector(double *c,double *a,double *b,double w=1.0)
    {
    double q[3];
    q[0]=(a[ 0]*b[0])+(a[ 4]*b[1])+(a[ 8]*b[2])+(a[12]*w);
    q[1]=(a[ 1]*b[0])+(a[ 5]*b[1])+(a[ 9]*b[2])+(a[13]*w);
    q[2]=(a[ 2]*b[0])+(a[ 6]*b[1])+(a[10]*b[2])+(a[14]*w);
    for(int i=0;i<3;i++) c[i]=q[i];
    }
//---------------------------------------------------------------------------
class glMouse
    {
public:
    int sx,sy;      // framebuffer position [pixels]
    double pos[3];  // [GCS] ray end coordinate (or z_far)
    double beg[3];  // [GCS] ray start (z_near)
    double dir[3];  // [GCS] ray direction
    double depth;   // [GCS] perpendicular distance to camera
    WORD id;        // selected object id
    double x0,y0,xs,ys,zFar,zNear;  // viewport and projection
    double *eye;    // camera direct matrix pointer
    double fx,fy;   // perspective scales

    glMouse(){ eye=NULL; for (int i=0;i<3;i++) { pos[i]=0.0; beg[i]=0.0; dir[i]=0.0; } id=0; x0=0.0; y0=0.0; xs=0.0; ys=0.0; fx=0.0; fy=0.0; depth=0.0; }
    glMouse(glMouse& a){ *this=a; };
    ~glMouse(){};
    glMouse* operator = (const glMouse *a) { *this=*a; return this; };
//  glMouse* operator = (const glMouse &a) { ...copy... return this; };

    void resize(double _x0,double _y0,double _xs,double _ys,double *_eye)
        {
        double per[16];
        x0=_x0; y0=_y0; xs=_xs; ys=_ys; eye=_eye;
        glGetDoublev(GL_PROJECTION_MATRIX,per);
        zFar =0.5*per[14]*(1.0-((per[10]-1.0)/(per[10]+1.0)));
        zNear=zFar*(per[10]+1.0)/(per[10]-1.0);
        fx=per[0];
        fy=per[5];
        }

    void pick(double x,double y)    // test screen x,y [pixels] position
        {
        int i;
        double l;
        GLfloat _z;
        GLint _id;
        sx=x; sy=ys-1.0-y;
        // read depth z and linearize
        glReadPixels(sx,sy,1,1,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,&_z);// read depth value
        depth=_z;                                               // logarithmic
        depth=(2.0*depth)-1.0;                                  // logarithmic NDC
        z=(2.0*zNear*zFar)/(zFar+zNear-(z*(zFar-zNear)));       // linear <zNear,zFar>

        // read object ID
        glReadPixels(sx,sy,1,1,GL_STENCIL_INDEX,GL_INT,&_id);   // read stencil value
        id=_id;
        // win [pixel] -> GL NDC <-1,+1>
        x=    (2.0*(x-x0)/xs)-1.0;
        y=1.0-(2.0*(y-y0)/ys);
        // ray start GL camera [LCS]
        beg[2]=-zNear;
        beg[1]=(-beg[2]/fy)*y;
        beg[0]=(-beg[2]/fx)*x;
        // ray direction GL camera [LCS]
        for (l=0.0,i=0;i<3;i++) l+=beg[i]*beg[i]; l=1.0/sqrt(l);
        for (i=0;i<3;i++) dir[0]=beg[0]*l;
        // ray end GL camera [LCS]
        pos[2]=-depth;
        pos[1]=(-pos[2]/fy)*y;
        pos[0]=(-pos[2]/fx)*x;
        // convert to [GCS]
        matrix_mul_vector(beg,eye,beg);
        matrix_mul_vector(pos,eye,pos);
        matrix_mul_vector(dir,eye,dir,0.0);
        }
    };
//---------------------------------------------------------------------------
// camera & mouse
double eye[16],ieye[16];    // direct view,inverse view and perspective matrices
glMouse mouse;
// objects
struct object
    {
    WORD id;                // unique non zero ID
    double m[16];           // direct model matrix
    object(){}; object(object& a){ *this=a; }; ~object(){}; object* operator = (const object *a) { *this=*a; return this; }; /*object* operator = (const object &a) { ...copy... return this; };*/
    };
const int objs=7;
object obj[objs];
// textures
GLuint txr=-1;
//---------------------------------------------------------------------------
void  matrix_inv(double *a,double *b) // a[16] = Inverse(b[16])
    {
    double x,y,z;
    // transpose of rotation matrix
    a[ 0]=b[ 0];
    a[ 5]=b[ 5];
    a[10]=b[10];
    x=b[1]; a[1]=b[4]; a[4]=x;
    x=b[2]; a[2]=b[8]; a[8]=x;
    x=b[6]; a[6]=b[9]; a[9]=x;
    // copy projection part
    a[ 3]=b[ 3];
    a[ 7]=b[ 7];
    a[11]=b[11];
    a[15]=b[15];
    // convert origin: new_pos = - new_rotation_matrix * old_pos
    x=(a[ 0]*b[12])+(a[ 4]*b[13])+(a[ 8]*b[14]);
    y=(a[ 1]*b[12])+(a[ 5]*b[13])+(a[ 9]*b[14]);
    z=(a[ 2]*b[12])+(a[ 6]*b[13])+(a[10]*b[14]);
    a[12]=-x;
    a[13]=-y;
    a[14]=-z;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void gl_draw()
    {
    int i; object *o;
    double a;

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT );
    glEnable(GL_CULL_FACE);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    glEnable(GL_STENCIL_TEST);
    glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);
    glStencilMask(0xFFFF); // Write to stencil buffer
    glStencilFunc(GL_ALWAYS,0,0xFFFF);  // Set any stencil to 0

    for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
        {
        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
        glLoadMatrixd(ieye);
        glMultMatrixd(o->m);
        glStencilFunc(GL_ALWAYS,o->id,0xFFFF); // Set any stencil to object ID
        vao_draw();
        }
    glStencilFunc(GL_ALWAYS,0,0xFFFF);  // Set any stencil to 0
    glDisable(GL_STENCIL_TEST);         // no need fot testing

    // render mouse
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadMatrixd(ieye);

    a=0.1*mouse.depth;
    glColor3f(0.0,1.0,0.0);
    glBegin(GL_LINES);
    glVertex3d(mouse.pos[0]+a,mouse.pos[1],mouse.pos[2]);
    glVertex3d(mouse.pos[0]-a,mouse.pos[1],mouse.pos[2]);
    glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1]+a,mouse.pos[2]);
    glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1]-a,mouse.pos[2]);
    glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2]+a);
    glVertex3d(mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2]-a);
    glEnd();

    Form1->Caption=AnsiString().sprintf("%.3lf , %.3lf , %.3lf : %u",mouse.pos[0],mouse.pos[1],mouse.pos[2],mouse.id);

    // debug buffer views
    if ((Form1->ck_depth->Checked)||(Form1->ck_stencil->Checked))
        {
        glDisable(GL_DEPTH_TEST);
        glMatrixMode(GL_PROJECTION);
        glPushMatrix();
        glLoadIdentity();
        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
        glLoadIdentity();
        glEnable(GL_TEXTURE_2D);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,txr);
        GLfloat *f=new GLfloat[xs*ys],z;
        if (Form1->ck_depth  ->Checked)
            {
            glReadPixels(0,0,xs,ys,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,f);
            for (i=0;i<xs*ys;i++) f[i]=1.0-(2.0*mouse.zNear)/(mouse.zFar+mouse.zNear-(((2.0*f[i])-1.0)*(mouse.zFar-mouse.zNear)));
            glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, xs, ys, 0, GL_RED, GL_FLOAT, f);
            }
        if (Form1->ck_stencil->Checked)
            {
            glReadPixels(0,0,xs,ys,GL_STENCIL_INDEX,GL_FLOAT,f);
            for (i=0;i<xs*ys;i++) f[i]/=float(objs);
            glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, xs, ys, 0, GL_GREEN, GL_FLOAT, f);
            }
        delete[] f;
        glColor3f(1.0,1.0,1.0);
        glBegin(GL_QUADS);
        glTexCoord2f(1.0,0.0); glVertex2f(+1.0,-1.0);
        glTexCoord2f(1.0,1.0); glVertex2f(+1.0,+1.0);
        glTexCoord2f(0.0,1.0); glVertex2f(-1.0,+1.0);
        glTexCoord2f(0.0,0.0); glVertex2f(-1.0,-1.0);
        glEnd();
        glMatrixMode(GL_PROJECTION);
        glPopMatrix();
        glDisable(GL_TEXTURE_2D);
        glEnable(GL_DEPTH_TEST);
        }
    glFlush();
    SwapBuffers(hdc);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner):TForm(Owner)
    {
    int i;
    object *o;

    gl_init(Handle);
    vao_init();

    // init textures
    glGenTextures(1,&txr);
    glEnable(GL_TEXTURE_2D);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,txr);
    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
    glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_COPY);
    glDisable(GL_TEXTURE_2D);

    // init objects
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    glTranslatef(-1.5,4.7,-8.0);
    for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
        {
        o->id=i+1;  // unique non zero ID
        glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,o->m);
        glRotatef(360.0/float(objs),0.0,0.0,1.0);
        glTranslatef(-3.0,0.0,0.0);
        }
    for (o=obj,i=0;i<objs;i++,o++)
        {
        glLoadMatrixd(o->m);
        glRotatef(180.0*Random(),Random(),Random(),Random());
        glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,o->m);
        }
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormDestroy(TObject *Sender)
    {
    glDeleteTextures(1,&txr);
    gl_exit();
    vao_exit();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormResize(TObject *Sender)
    {
    gl_resize(ClientWidth,ClientHeight);
    // obtain/init matrices
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    glTranslatef(0,0,-15.0);
    glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,ieye);
    matrix_inv(eye,ieye);
    mouse.resize(0,0,xs,ys,eye);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormPaint(TObject *Sender)
    {
    gl_draw();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Timer1Timer(TObject *Sender)
    {
    gl_draw();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormMouseWheel(TObject *Sender, TShiftState Shift, int WheelDelta, TPoint &MousePos, bool &Handled)
    {
    GLfloat dz=2.0;
    if (WheelDelta<0) dz=-dz;
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadMatrixd(ieye);
    glTranslatef(0,0,dz);
    glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,ieye);
    matrix_inv(eye,ieye);
    gl_draw();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormMouseMove(TObject *Sender, TShiftState Shift, int X, int Y)
    {
    mouse.pick(X,Y);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::ck_depthClick(TObject *Sender)
    {
    gl_draw();
    }
//---------------------------------------------------------------------------

這裡預覽左邊的RGB,Depth,Stencil:

這裡捕獲了GIF:

前3個數字是 [GCS] 中拾取像素的 3D 位置,標題中的最後一個數字是拾取的 ID ,其中 0 表示沒有對象。

這個例子是從這裡使用 gl_simple,h

  • C ++中簡單完整的GL + VAO / VBO + GLSL +著色器示例

您可以忽略VCL的內容,因為將事件移植到您的環境並不重要...

那麼該怎麼辦:

  1. 翻譯

    您需要將模板緩衝區添加到 GL 窗口像素格式,所以在我的情況下我只需添加:

    pfd.cStencilBits = 16;
    

    gl_simple.hgl_init() 函數。 還要將其位添加到 glClear ,並將每個對像模板設置為其 ID, 就像我在 gl_draw() 所做的 gl_draw()

  2. 選擇

    我寫了一個小的 glMouse 類來做所有繁重的工作。 在透視,視圖或視口的每次更改時,調用其 glMouse::resize 函數。 這將準備以後計算所需的所有常量。 當心它需要直接相機/視圖矩陣!

    現在,在每次鼠標移動(或點擊或其他)上調用 glMouse::pick 函數,然後使用像 id 一樣的結果,它將返回 ID 渲染的對象,或者 pos ,這是全局世界坐標中的 3D 坐標( [GCS] )射線物體交叉點。

    該函數只讀取深度和模板緩衝區。 像這裡線性化深度:

    • glReadPixels獲得的深度緩衝區始終為1

    並在 [GCS] 計算射線 beg,dir,pos,depth

  3. 正常

    你有兩個選項可以渲染你的法線作為另一個最簡單和最精確的緩衝區。 或者讀取所選擇的一個周圍的2個或更多相鄰像素的深度來計算它們的3D位置。 從使用交叉產品計算您的正常和平均值(如果需要)。 但這可能導致邊緣上的偽影。

正如評論中提到的那樣,為了提高準確性,您應該使用線性深度緩衝區而不是線性化對數,如下所示:

  • 線性深度緩衝

順便說一句,我在這裡使用相同的技術(在基於GDI的SW等距渲染中):

  • 提高交錯列等距網格上的點擊檢測性能




ray-picking