使用OpenGL 2从鼠标进行光线投射

ray casting from mouse with opengl 2

本文关键字：光线投射 鼠标 OpenGL 使用      更新时间：2023-10-16

我正在尝试在鼠标单击时进行光线投射，最终目标是找到与飞机的碰撞点。但是我无法创建射线。世界是使用视锥体和我用作摄像机的另一个矩阵渲染的，顺序是视锥体 * 相机 * vertex_position。屏幕左上角为 0，0，我能够以像素为单位获得点击的 X，Y。然后，我使用以下代码将其转换为射线：

  float x = (2.0f * x_screen_position) / width - 1.0f;
  float y = 1.0f - (2.0f * y_screen_position) / height;
  Vector4 screen_click = Vector4 (x, y, 1.0f, 1.0f);
  Vector4 ray_origin_world = get_camera_matrix() * screen_click;
  Vector4 tmp = (inverse(get_view_frustum()) * screen_click;
  tmp = get_camera_matrix() * tmp;
  Vector4 ray_direction = normalize(tmp);

view_frustum矩阵：

Matrix4 view_frustum(float angle_of_view, float aspect_ratio, float z_near, float z_far) {
    return Matrix4(
        Vector4(1.0/tan(angle_of_view), 0.0, 0.0, 0.0),
        Vector4(0.0, aspect_ratio/tan(angle_of_view), 0.0, 0.0),
        Vector4(0.0, 0.0, (z_far+z_near)/(z_far-z_near), 1.0),
        Vector4(0.0, 0.0, -2.0*z_far*z_near/(z_far-z_near), 0.0)
    );
}

当"相机"矩阵为 0，0，0 时，这给出了预期的结果，但是一旦我更改为另一个位置的固定相机位置，返回的结果根本不正确。固定的"相机"矩阵：

Matrix4(
    Vector4(1.0, 0.0, 0.0, 0.0),
    Vector4(0.0, 0.70710678118, -0.70710678118, 0.000),
    Vector4(0.0, 0.70710678118, 0.70710678118, 0.0),
    Vector4(0.0, 8.0, 20.0, 1.000)
  );

因为我在网上找到的许多例子都没有以这种方式实现相机，所以我无法在这种情况下找到很多信息来提供帮助。谁能对此提供任何见解或为我指出更好的方向？

Vector4 tmp = (inverse(get_view_frustum() * get_camera_matrix()) * screen_click; //take the inverse of the camera matrix as well
tmp /= tmp.w; //homogeneous coordinate "normalize" (different to typical normalization), needed with perspective projection or non-linear depth
Vector3 ray_direction = normalize(Vector3(tmp.x, tmp.y, tmp.z)); //make sure to normalize just the direction without w

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一个更长和类似的帖子在这里：https://stackoverflow.com/a/20143963/1888983

如果只有矩阵，则应使用射线方向的起点和点。为此，通常在近平面和远平面上使用点（一个优点是，如果您只希望光线与可见的物体相交）。那是

（x， y， -1， 1）

至 （x， y， 1， 1）

这些点位于标准化设备坐标（NDC，一个 -1 到 1 的立方体，即您的查看音量）中。您需要做的就是将两个点一直移动到世界空间并规范化......

ndcPoint4 = /* from above */;
eyespacePoint4 = inverseProjectionMatrix * ndcPoint4;
worldSpacePoint4 = inverseCameraMatrix * eyespacePoint4;
worldSpacePoint3 = worldSpacePoint4.xyz / worldSpacePoint4.w;
//alternatively, with combined matrices
worldToClipMatrix = projectionMatrix * cameraMatrix; //called "clip" space before normalization
clipToWorldMatrix = inverse(worldToClipMatrix);
worldSpacePoint4 = clipToWorldMatrix * ndcPoint4;
worldSpacePoint3 = worldSpacePoint4.xyz / worldSpacePoint4.w;
//then for the ray, after transforming both start/end points
rayStart = worldPointOnNearPlane;
rayEnd = worldPointOnFarPlane;
rayDir = rayEnd - rayStart;

如果您拥有摄像机的世界空间位置，则可以删除起点或终点，因为所有光线都会穿过摄像机的原点。

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