OpenGL第一人称相机旋转和平移

OpenGL first person camera rotation and translation

本文关键字：旋转 第一人称 相机 OpenGL      更新时间：2023-10-16

我正在尝试编写一个简单的迷宫游戏，而不使用任何不推荐使用的OpenGL API（即没有即时模式）。我为迷宫中的每个瓦片使用一个顶点缓冲对象，它本质上是四个Vertex的组合：

class Vertex {
public:
    GLfloat x, y, z; // coords
    GLfloat tx, ty;  // texture coords
    Vertex();
};

并存储在VBO中，如下所示：

void initVBO()
{
    Vertex vertices[4];
    vertices[0].x = -0.5;
    vertices[0].y = -0.5;
    vertices[0].z = 0.0;
    vertices[0].tx = 0.0;
    vertices[0].ty = 1.0;
    vertices[1].x = -0.5;
    vertices[1].y = 0.5;
    vertices[1].z = 0.0;
    vertices[1].tx = 0.0;
    vertices[1].ty = 0.0;
    vertices[2].x = 0.5;
    vertices[2].y = 0.5;
    vertices[2].z = 0.0;
    vertices[2].tx = 1.0;
    vertices[2].ty = 0.0;
    vertices[3].x = 0.5;
    vertices[3].y = -0.5;
    vertices[3].z = 0.0;
    vertices[3].tx = 1.0;
    vertices[3].ty = 1.0;
    glGenBuffers(1, &vbo);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(Vertex)*4, &vertices[0].x, GL_STATIC_DRAW);
    ushort indices[4];
    indices[0] = 0;
    indices[1] = 1;
    indices[2] = 2;
    indices[3] = 3;
    glGenBuffers(1, &ibo);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(ushort) * 4, indices, GL_STATIC_DRAW);
}

现在，我被摄像机的动作卡住了。在我项目的早期版本中，我使用glRotatef和glTranslatef平移和旋转场景，然后使用glBegin()/glEnd()模式渲染每个瓦片。但这两个函数现在已经不推荐使用了，而且我没有找到任何关于在仅使用VBO的上下文中创建相机的教程。哪种方法是正确的？我应该在每个瓦片之间循环吗？根据新的相机位置修改顶点的位置？

但这两个函数现在已经不推荐使用了，而且我没有找到任何关于在仅使用VBO的上下文中创建相机的教程。

VBO与此无关。

即时模式和矩阵堆栈是两种不同的鞋子。VBO处理将几何数据获取到渲染器，矩阵堆栈处理在那里进行转换。只有几何数据会受到VBO的影响。

至于你的问题：你自己计算矩阵，并通过均匀将它们传递给着色器。同样重要的是要理解OpenGL的矩阵函数从未被GPU加速过（除了一台机器，SGI的Onyx），所以这甚至没有提供一些性能提升。实际上，使用OpenGL的矩阵堆栈对整体性能产生了负面影响，因为它执行了冗余操作，而这些操作也必须在程序中的其他地方进行。

要获得一个简单的矩阵数学库，请查看我的linmath.hhttp://github.com/datenwolf/linmath.h

我将添加到datenwolf的答案中。我假设只有着色器管道对您可用。

要求

在OpenGL 4.0+OpenGL中，当它离开固定函数管道时，它不会为您做任何渲染。如果现在在不使用着色器的情况下渲染几何体，则使用的是不推荐使用的管道。在没有一些基本框架的情况下启动和运行将是困难的（并非不可能，但我建议使用基本框架）。首先，我建议使用GLUT（这将为您创建一个窗口，并对空闲函数和输入进行基本回调）、GLEW（用于设置渲染上下文）和gLTools（用于快速设置的矩阵堆栈、通用着色器和着色器管理器，以便您至少可以开始渲染）。

设置

我会在这里给出重要的部分，然后你可以把它们拼凑起来。在这一点上，我假设你已经正确设置了GLUT（搜索如何设置它），并且你能够向它注册更新循环并创建一个窗口（也就是说，每个帧都调用你选择的函数之一的循环[注意，这不可能是一个方法]）。有关此方面的帮助，请参阅上面的链接。

  • 首先，初始化glew（通过调用glewInit()）
  • 设置场景。这包括使用GLBatch类（来自glTools）创建一组要渲染为三角形的顶点，并通过调用其InitializeStockShaders()函数初始化GLShaderManager类别（也来自glTools）及其库存着色器
  • 在空闲循环中，调用着色器管理器的UseStockShader()函数以启动新的批处理。对顶点批处理调用draw()函数。有关glTools的完整概述，请访问此处
  • 不要忘记在渲染前清除窗口，并通过分别调用glClear()和glSwapBuffers()在渲染后交换缓冲区

请注意，我上面给出的大多数函数都接受参数。你应该能够通过查看各自图书馆的文档来弄清楚这些。

MVP矩阵（编辑：忘记添加此部分）

OpenGL从z轴向下渲染-1，1坐标中的所有内容。它没有相机的概念，也不关心这些坐标之外的任何东西。模型视图投影矩阵是将场景转换为适合这些坐标的矩阵。

作为一个起点，在屏幕上渲染了一些东西之前，不要担心这一点（确保给顶点批处理的所有坐标都小于1）。完成后，使用glTools中的GLFrustum类设置投影矩阵（默认投影为正交投影）。您将从这个类中获得投影矩阵，并将其与模型视图矩阵相乘。模型视图矩阵是模型的变换矩阵和摄影机的变换的组合（请记住，没有摄影机，所以本质上是在移动场景）。将所有矩阵相乘形成一个矩阵后，使用UseStockShader()函数将其传递给着色器。

在GLTools中使用库存着色器（例如GLT_SHADER_FLAT），然后开始创建自己的着色器。

参考

最后，我强烈建议你读这本书：OpenGL SuperBible，综合教程和参考（第五版-确保是这个版本）

如果您真的想坚持使用最新的OpenGL API，其中删除了许多功能以支持可编程管道（OpenGL 4和OpenGL ES 2），则必须自己编写顶点和片段着色器，并在其中实现转换。您必须手动创建着色器中使用的所有属性，特别是示例中使用的坐标和纹理坐标。如果你想模仿旧的固定功能OpenGL的行为，你还需要两个统一的变量，一个用于模型视图矩阵，另一个用于投影矩阵。

你习惯做的旋转/平移是矩阵运算。在管道的顶点变换阶段（现在由您提供的顶点着色器执行），您必须将4x4变换矩阵乘以顶点位置（4个坐标，解释为4x1矩阵，如果您没有做任何太花哨的事情，其中第4个坐标通常为1）。根据该变换，得到的矢量将处于正确的相对位置。然后将投影矩阵乘以该向量，并将结果输出到片段着色器。

您可以通过查看glRotate、glTranslate和gluPerspective的文档来了解所有这些矩阵是如何构建的。记住，矩阵乘法是非可换的，所以你把它们相乘的顺序很重要（这正是为什么你称之为glRotate和glTranslate也很重要）。

关于学习GLSL和如何使用着色器，我在这里学到了，但这些教程与OpenGL 1.4和2有关，现在已经很旧了。主要区别在于，顶点着色器的预定义输入变量（如gl_Vertex和gl_ModelViewMatrix）已不存在，您必须自己创建它们。

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