OpenGL学习笔记：拾取与选择

Posted 2020-08-11 hjlweilong

转自：OpenGL学习笔记：拾取与选择

在开发OpenGL程序时，一个重要的问题就是互动，假设一个场景里面有很多元素，当用鼠标点击不同元素时，期待作出不同的反应，那么在OpenGL里面，是怎么知道我当前鼠标的位置是哪一个物体呢？

 

OpenGL有一套机制，叫做Picking， 里面涉及到几个核心概念：

1. selection mode. 选择模式

2. name stack. 名字栈

3. hit record。 命中记录

4. viewing volume。 视角范围

 

在OpenGL的picking中，选择物体不是选择一个单独的物体，而是选择一片范围内的所有物体。这种设计思路是有点奇怪，但是OpenGL就是这麽设计的。假如鼠标当前的位置是（200，200），普通的应用就是选择在点（200，200）处的物体ID, 但OpenGL不然，它是选择以（200，200）为中心的，比如长宽都为20的这个范围内可见的物体，也就是说，前面一种选择，是以点为选择依据，OpenGL的选择，是以中心为（200，200）,长宽各位10的面为依据，好像举着一个画框，只要在这个画框内的物体，都会当作返回结果。

 

我不是很理解为什么OpenGL要这麽设计，但肯定有它的道理。以上的几个核心概念，就是配合这种设计思路的，不难看出：

1. Viewing volume。就是指用来选择的画框

2. hit record。就是所返回的物体数据

3. name stack。是用来分配并保存物体ID的堆栈

4. selection mode. OpenGL有三种模式，Render mode。就是普通的绘图模式，Select mode。在picking时的选择模式，Feedback mode。不画图，不选择，而是把所有最终的渲染完之后的绘画指令返回给用户。在绘图仪上作画等方面特别有用

当需要相应鼠标选择事件的时候，要首先进入selection mode, 然后才能执行相应的操作步骤

 

以下是详细的操作步骤：

1. 获取鼠标位置

2. 进入选择模式selection mode

3. 设置画框大小view volume，当然，是根据鼠标位置来的

4. 像往常一样绘制场景

5. 退出选择模式，得到选择结果

 

进入选择模式：

1. glSelectBuffer，设置选择缓冲区，hit record会被OpenGL保存在里面

2. glRenderMode(GL_SELECT)，正式进入选择模式

 

设置画框大小：

1. gluPickMatrix。设置画框近平面大小

2. gluPerspective。影响画框的容量

实例代码：

 

glSelectBuffer(BUFSIZE,selectBuf);
glRenderMode(GL_SELECT);

glMatrixMode(GL_PROJECTION); //保存投影矩阵
glPushMatrix();
glLoadIdentity();

glGetIntegerv(GL_VIEWPORT,viewport);
gluPickMatrix(cursorX,viewport[3]-cursorY,5,5,viewport);
gluPerspective(45,ratio,0.1,1000);

 

注意，上面的代码中在执行gluPickMatrix值钱先保存了投影矩阵，然后再重新创造一个新的供自己使用。原因是gluPickMatrix会操作投影举证，该函数和后续的gluPerspective共同作用，最终会生成一个全新的投影矩阵，该矩阵中的所有物体，都会被视为选中。为了不影响旧有的投影矩阵，因此需要保存先

绘制场景：

绘制场景的时候有一点比较重要，那就是对每个需要绘制的单独元素，起一个名字（ID），这样OpenGL才能在推出选择模式的时候告知调用者，哪个物体被选择了。当然如果非不取，那OpenGL也会返回被选择的物体，只是不带名字。因此绘制场景的步骤一般如下：

1. glInitNames， 初始化name stack。 OpenGL的中对元素名字的操作需要通过一个栈，叫做名字栈，为啥这麽墨迹，不直接指定名字？具体原因是OpenGL总要有个地方去读取名字，而且，一个名字下包括哪些需要绘画的内容？OpenGL怎么知道当前画的这个人头是属于上个人的还是上上个人的？只能通过名字栈的变化才能知道。而且一个元素可以有多个内容，怎么搞？于是乎名字栈就应运而生，OpenGL认为这个东东可以解决这一系列问题

2. glPushName。 创建一个名字。

3. 开始画啊画啊画

4. glPopName。一个元素绘制结束

5. 从步骤2循环到4的一个个元素绘制

 

实例代码：

 

	glInitNames();

	glPushName(BODY);
	drawBody();
	glPopName();

	glPushName(HEAD);
	drawHead();
	drawEyes();
	glPopName();

	drawGround();  //不带名字的元素

 

还有另外一个有用的函数，glLoadName。它的作用是用一个新的名字替代栈顶当前的名字。说白了，就等同于：

glPopName()

glPushName(newName)

 

OpenGL里面，一个物体还可以有多个名字，这个貌似有点荒唐，确实也比较荒唐，但OpenGL也有它的道理，比如一个元素，它的名字叫“head"，那么，如果我想知道这个头是谁的头，怎么搞？OpenGL告诉你压力不大，再给他取一个名字叫”Aka"，那么你就知道这是Aka的头。也就是说，我绘制了一个元素，然后给它两个名字，一个叫head, 一个叫aka,那么当你选择了该物体的时候，你就知道了，这个物体是aka的头。

 

示例代码如下：

glPushName(Aka)

glPushName(Head)

draw()

glPopName(Head)

glPopName(Aka)

于是，draw出来的物体就有两个名字了.

 

 

处理选择结果：

处理选择接过之前，要先推出selection模式，然后OpenGl会返回一个数目，被选中物体的数目，跟据该数目，就知道在选择缓冲区里面保存了多少个物体，每个物体都有固定的数据结构，一个个的读取该数据结构，就知道哪些物体被选取了。

 

示例代码：

 

void stopPicking() {

	int hits;
	
	// restoring the original projection matrix
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glPopMatrix();
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glFlush();
	
	// returning to normal rendering mode
	hits = glRenderMode(GL_RENDER);//得到选中物体的数目
	
	// if there are hits process them
	if (hits != 0)
		processHits(hits,selectBuf);
}

 

重要的是选择缓冲区中hit record的数据结构，该结构是一个GLuinit的类型，也就说里面所有的数据都是uinit，等等，名字不是也在里面吗，这可是string啊，no, 名字其实不是string,准确的说应该叫ID,普通的1，2，3而已

每一个元素的结构提如下：

1. 该物体的名字的数目。一个物体可以有多个名字，你懂的

2. 该物体被选中区域的最小Z值。我们往往根据这个值得知哪一个才是鼠标点所在的物体

3. 该物体被选中区域的最大Z值。

4. 名字

5. 名字。。

 

由于物体可以有多个名字，甚至可以木有名字，因此元素的结构不是固定大小的，以下为例：

 

Hit Record Contents	Description
0	表示这个元素没名字
4.2822e+009	最小Z值
4.28436e+009	最大Z值
1	这个元素有1个名字
4.2732e+009	最小Z值
4.27334e+009	最大Z值
6	名字叫6
2	这个元素有2个名字
4.27138e+009	最小Z值
4.27155e+009	最大Z值
2	第一个名字叫2
5	第二个名字叫5

 

 

所以呢，只需要对着选择缓冲区，一个个的读下去就对了，示例代码：

 

void processHits2 (GLint hits, GLuint buffer[])
{
   unsigned int i, j;
   GLuint names, *ptr, minZ,*ptrNames, numberOfNames;

   printf ("hits = %d\n", hits);
   ptr = (GLuint *) buffer;
   minZ = 0xffffffff;
   for (i = 0; i < hits; i++) {	
      names = *ptr;
	  ptr++;
	  if (*ptr < minZ) {
		  numberOfNames = names;
		  minZ = *ptr;
		  ptrNames = ptr+2;
	  }
	  
	  ptr += names+2;
	}
  printf ("The closest hit names are ");
  ptr = ptrNames;
  for (j = 0; j < numberOfNames; j++,ptr++) {
     printf ("%d ", *ptr);
  }
  printf ("\n");
   
}

 

注意：以上所有的概念和函数，都只在selection mode下面有效。如果转到了Render mode,系统怎么处理这些函数呢？很简单，华丽的无视掉。