如何使用包含高多边形网格的模型在 3d 场景中实现 3d 光线拾取？
迭代所有三角形以执行三角形线相交测试需要太多时间。我知道存在诸如八叉树等方法，并且应该可以将这些方法用于场景中的模型，但我不知道应该如何在网格级别使用这些概念。但是，如果您在网格级别使用八叉树，应该如何解决超出八叉树体积边界的多边形问题？
对于实时 OpenGl 应用程序的高多边形模型的 3d 射线交叉点，您有什么建议吗？
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对于光线拾取渲染对象（如通过鼠标），最好的选择是使用已经渲染的缓冲区，因为与复杂场景中的光线相交测试相比，读取它们的成本非常低。这个想法是根据您需要的关于它们的每个信息将每个可拾取的渲染对象渲染到单独的缓冲区，例如：
深度缓冲区
这将为您提供光线与对象相交的3D位置。
模板缓冲区
如果每个对象都使用其ID（或其在对象列表中的索引）渲染到模板，那么您可以直接获取拾取的对象。
任何其他
还有辅助颜色附件和 FBO。所以你可以添加任何其他的东西，比如法线向量或者你需要的东西。
如果编码正确，所有这一切只会稍微降低性能（甚至根本不会），因为您不需要计算任何东西，它只是每个缓冲区每个片段的一次写入。
拾取本身很容易，您只需从所需的所有缓冲区中读取相应的像素并转换为所需的格式。
这里使用固定管道（无着色器）的简单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();
}
//---------------------------------------------------------------------------
这里从左 RGB、Depth、Stencil 预览：
这里捕获的GIF：
前 3 个数字是选取像素的3D[GCS]位置，标题中的最后一个数字是选取的ID，0表示没有对象。
该示例gl_simple,h从此处使用：
您可以忽略 VCL 的东西，因为它并不重要，只是将事件移植到您的环境中......
那么该怎么办：
渲染
您需要将模板缓冲区添加到您的GL窗口像素格式中，所以在我的情况下，我只需添加：
pfd.cStencilBits = 16;gl_init()从gl_simple.h. _ 还添加它的位glClear并将每个对象模板设置为其ID就像我在gl_draw().采摘
我写了一个
glMouse小班来完成所有繁重的工作。在每次更改透视、视图或视口时调用其glMouse::resize函数。这将准备以后计算所需的所有常量。当心它需要直接的相机/视图矩阵！现在，在每次鼠标移动（或单击或其他）时调用该
glMouse::pick函数，然后使用结果，例如id将返回的ID拾取对象被渲染，或者pos是射线对象交点的全局世界坐标 ( ) 中的3D坐标。[GCS]该函数只读取深度和模板缓冲区。像这里一样线性化深度：
并计算 中的射线
beg,dir,pos,depth。[GCS]普通的
您有 2 个选项，或者将您的法线渲染为另一个最简单和最精确的缓冲区。或者读取所选像素周围 2 个或更多相邻像素的深度，计算它们的 3D 位置。如果需要，使用叉积计算您的正常值和平均值。但这可能会导致边缘出现伪影。
正如评论中提到的提高准确性，您应该使用线性深度缓冲区而不是线性对数，如下所示：
顺便说一句，我在这里使用了相同的技术（在基于 GDI 的 SW 等距渲染中）：
[Edit1] 8bit 模板缓冲区
好吧，现在可靠的模板位宽只有 8 位，这将 id 的数量限制为 255。在大多数情况下，这还不够。一种解决方法是将索引渲染为颜色，然后将帧存储到 CPU 内存中，然后正常渲染颜色。然后在需要时使用存储的框架进行拾取。渲染到纹理或颜色附件也是一种可能。
[Edit2] 一些相关链接
于 2018-08-09T10:00:53.433 回答
1
使用八叉树。确保它适合整个网格。
此外，听起来您将每个分配给 poly 到一个叶子/桶，这是不对的。将多边形分配给它们出现的所有叶子/桶。
于 2018-08-08T05:47:30.683 回答