opengl - 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 3 维中的某些点。 为了实现这一点，我不想使用旧的、固定的功能样式(glMatrixMode()、glTranslate 等)，而是自己设置模型 View 投影矩阵并在我的顶点着色器中使用它。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，但由于我对 OpenGL 完全陌生，我想以正确的方式学习它，然后使用一些第三方库。此外，大多数教程没有描述如何使用 glMotionFunc() 和 glMouseFunc() 在空间中定位相机。

所以，我想我正在寻找一些示例代码和指导如何以 3D 形式查看我的点。这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，这为我的点提供了正确的 2D 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调整“motion”和“mouse”这两个函数，到目前为止，这两个函数只有前面示例中的一些代码，其中使用了已弃用的执行此操作的样式:

// 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;
}

Answer 1

I'd like to learn it the right way and afterwards use some third party libraries.

使用 GLM 没有任何问题，因为 GLM 只是一个处理矩阵的数学库。您想学习最基本的知识是一件非常好的事情。如今这种特征很少见。在进行高级 OpenGL 开发时，了解这些知识非常宝贵。

好的，您需要学习三件事:

1. 基本离散线性代数，即如何处理具有离散元素的矩阵和向量。标量和复杂元素暂时就足够了。

2. 一点数字。您必须能够编写执行基本线性代数运算的代码:缩放、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。矩阵求逆。

3. 了解齐次坐标。

(4.如果你想让事情变得有趣，学习四元数，那些东西很摇滚!)

完成第 3 步后，您就可以编写自己的线性数学代码了。即使您还不知道齐次坐标。只需编写它就可以有效地处理 4×4 维矩阵和 4 维向量。

一旦掌握了齐次坐标，您就会了解 OpenGL 的实际用途。然后:放弃那些最初的编码步骤来编写自己的线性数学库。为什么？因为它会充满错误。我维护的那一小本 linmath.h 就充满了它们；每次我在新项目中使用它时，我都会修复其中的一些问题。因此，我建议您使用经过充分测试的东西，例如 GLM 或 Eigen。

I set up the initial value of the MVP to be the identity matrix in my shader set up method which gives me the correct 2D representation of my points:

您应该将它们分成 3 个矩阵:模型、 View 和投影。在你的着色器中你应该有两个，模型 View 和投影。 IE。您按原样将投影传递给着色器，但计算以单独的统一形式传递的复合Model·View = Modelview矩阵。

要移动“相机”，您需要修改View矩阵。

Now my question is how to adapt the two functions "motion" and "mouse", which to this point only have some code from a previous example, where the deprecated style of doing this was used:

大部分代码保持不变，因为它不涉及 OpenGL。您必须替换的是那些 glRotate 和 glTranslate 调用。

如前所述，您正在处理View 矩阵。首先让我们看看 glRotate 做了什么。在固定函数 OpenGL 中，有一个内部别名，我们称之为 M，它被设置为使用 glMatrixMode 选择的任何矩阵。然后我们可以将glRotate的伪代码写为

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

好吧，所有的魔力似乎都在于函数 make_rotation_matrix 中。那个看起来怎么样。既然你正在学习线性代数，这对你来说是一个很好的练习。查找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

由于您可能只想完成这件事，因此您也可以查看 OpenGL-1.1 规范，该规范在有关 glRotatef 的部分中记录了该矩阵

在它们旁边，您可以找到所有其他矩阵操作函数的规范。

现在，您不再需要对使用 glMatrixMode 选择的某些隐藏状态变量进行操作，而是让矩阵数学库直接对您定义和提供的矩阵变量进行操作。在您的情况下查看。与Projection 和Model 类似。然后，当您进行渲染时，您将模型和 View 收缩到已经提到的复合体中。原因是，您通常需要将顶点位置带入视空间的中间结果(对于片段着色器来说，Modelview *position)。确定矩阵值后，您可以绑定(bind)程序 (glUseProgram) 并设置统一值，然后渲染几何图形。 (glDraw...)