当涉及旋转时，将鼠标坐标转换为 OpenGL 中的模型坐标

Posted 2023-02-16

【中文标题】当涉及旋转时，将鼠标坐标转换为 OpenGL 中的模型坐标

【英文标题】：Translating mouse coordinates to model coordinates in OpenGL when rotations are involved

【发布时间】：2014-11-07 13:56:01

【问题描述】：

在 Qt 论坛中我找到了this question 并激发了我的好奇心。

我在 Qt 中找到了一个非常简单的示例来显示一个立方体，并修改了立方体逻辑以创建一个边长为 1 个单位的立方体。

然后我尝试点击模型并显示我点击区域的坐标。

当不涉及轮换时，似乎采摘工作正常。但！如果我取消注释 paintGL 中的旋转（或其中之一），我最终会得到“错误”的值。

例如：

没有旋转，几乎点击了立方体的最左边框：gluUnProject 方法说我点击了点 -0.49075, 0.234, 0.5 ，这似乎没问题。

启用旋转并几乎单击立方体的最左侧边框：我收到 -0.501456, 0.157555, -0.482942 点，这似乎是错误的。 x 坐标超出了 -0.5, 0.5 的范围。

我觉得坐标变换没问题。我一直在通过谷歌进行研究，人们总是使用相同的代码。而且，像素的颜色信息和我点击的脸的颜色相匹配。

那么，谁能告诉我为什么在涉及旋转时我得到错误的坐标？我认为我在一些基本的 3D 理解方面失败了，但我无法意识到它在哪里。

代码如下：

ma​​in.cpp：

#include <QApplication>
#include "GLCube.h"

int main(int argc, char *argv[])

    QApplication a(argc, argv);

    GLCube w;
    w.resize(800,600);
    w.show();

    return a.exec();

GLCube.h

#ifndef GLCUBE_H
#define GLCUBE_H

#include <QtOpenGL>
#include <QGLWidget>

class GLCube : public QGLWidget
  Q_OBJECT // must include this if you use Qt signals/slots
public:
    GLCube(QWidget *parent = NULL)
        : QGLWidget(parent) 
    
protected:
    // Set up the rendering context, define display lists etc.:
   void initializeGL();
   // draw the scene:
   void paintGL();
   // setup viewport, projection etc.:
   void resizeGL (int width, int height);
   virtual void mousePressEvent(QMouseEvent *pme);
;

#endif

GLCube.cpp：

#include "GLCube.h"

#include <cmath>
#include <iostream>
#include <iomanip>

#include "GL/glu.h"

namespace 
    float ver[8][3] =
    
         0.5, -0.5, 0.5 ,
         -0.5, -0.5, 0.5 ,
         -0.5, -0.5, -0.5 ,
         0.5, -0.5, -0.5 ,
         0.5, 0.5, 0.5 ,
         -0.5, 0.5, 0.5 ,
         -0.5, 0.5, -0.5 ,
         +0.5, 0.5, -0.5 
    ;
    GLfloat color[8][4] =
    
        0.0,0.0,0.0, 1.0,
        1.0,0.0,0.0, 1.0 ,
        1.0,1.0,0.0, 1.0 ,
        0.0,1.0,0.0, 1.0 ,
        0.0,0.0,1.0, 1.0 ,
        1.0,0.0,1.0, 1.0 ,
        1.0,1.0,1.0, 1.0 ,
        0.0,1.0,1.0, 1.0 ,
    ;

    void quad(int a,int b,int c,int d, int col)
    
        glPointSize( 5 );
        glBegin(GL_POINTS);
            glColor4fv(color[1]);
            glVertex3fv(ver[a]);

            glColor4fv(color[2]);
            glVertex3fv(ver[b]);

            glColor4fv(color[3]);
            glVertex3fv(ver[c]);

            glColor4fv(color[4]);
            glVertex3fv(ver[d]);
        glEnd();

        glBegin(GL_LINES);
            glColor4fv(color[1]);
            glVertex3fv(ver[a]);
            glVertex3fv(ver[b]);

            glColor4fv(color[1]);
            glVertex3fv(ver[b]);
            glVertex3fv(ver[c]);

            glColor4fv(color[1]);
            glVertex3fv(ver[c]);
            glVertex3fv(ver[d]);

            glColor4fv(color[1]);
            glVertex3fv(ver[d]);
            glVertex3fv(ver[a]);
        glEnd();

        glBegin(GL_QUADS);
        glColor4fv(/*color[a]*/ color[col] );
        glVertex3fv(ver[a]);

    //    glColor3fv(color[b]);
        glVertex3fv(ver[b]);

    //    glColor3fv(color[c]);
        glVertex3fv(ver[c]);

    //    glColor3fv(color[d]);
        glVertex3fv(ver[d]);
        glEnd();
    

    void colorcube()
    
//        glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK,GL_LINE);
        quad( 3, 2, 1, 0, 1 ); // bottom
        quad( 7, 6, 5, 4, 2); // top
        quad( 6, 2, 1, 5, 3 ); // front
        quad( 7, 3, 0, 4, 5 ); // back
        quad( 7, 6, 2, 3, 6 ); // left
        quad( 4, 5, 1, 0, 7); // right
    

/*
 * Sets up the OpenGL rendering context, defines display lists, etc.
 * Gets called once before the first time resizeGL() or paintGL() is called.
 */
void GLCube::initializeGL()
    //activate the depth buffer
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    qglClearColor(Qt::black);
    glEnable(GL_CULL_FACE);



/*
 *  Sets up the OpenGL viewport, projection, etc. Gets called whenever the widget has been resized
 *  (and also when it is shown for the first time because all newly created widgets get a resize event automatically).
 */
void GLCube::resizeGL (int width, int height)
    glViewport( 0, 0, (GLint)width, (GLint)height );
    /* create viewing cone with near and far clipping planes */
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glFrustum( -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 15.0, 30.0);

    glMatrixMode( GL_MODELVIEW );


/*
 * Renders the OpenGL scene. Gets called whenever the widget needs to be updated.
 */
void GLCube::paintGL()

    //delete color and depth buffer
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
        glLoadIdentity();
        glTranslatef(0.0f,0.0f,-20.0f); //move along z-axis
        glRotatef(30.0,0.0,1.0,0.0); //rotate 30 degress around y-axis
        glRotatef(15.0,1.0,0.0,0.0); //rotate 15 degress around x-axis

    colorcube();
//    originalcube();


void GLCube::mousePressEvent(QMouseEvent *pme) 
    GLint viewport[4];
    GLdouble modelview[16];
    GLdouble projection[16];
    glGetDoublev( GL_MODELVIEW_MATRIX, modelview );
    glGetDoublev( GL_PROJECTION_MATRIX, projection );
    glGetIntegerv( GL_VIEWPORT, viewport );

    const int x = pme->x();
    const int y = viewport[3] - pme->y();

    qDebug() << "HERE: " << x << y;

    GLfloat color[4];
    glReadPixels( x, y, 1, 1, GL_RGBA, GL_FLOAT, color);
    GLenum error = glGetError();
    std::cout << "RETRIEVED COLOR:" << color[0] << ", " << color[1] << ", " << color[2] << ", " << color[3] << std::endl;
    printf( "\tERROR: %s (Code: %u)\n", gluErrorString(error), error );
    if(GL_NO_ERROR != error) throw;

    GLdouble depthScale;
    glGetDoublev( GL_DEPTH_SCALE, &depthScale );
    std::cout << "DEPTH SCALE: " << depthScale << std::endl;
    GLfloat z;
    glReadPixels( x, y, 1, 1, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, &z );
    error = glGetError();
    std::cout << "X: " << x << ", Y: " << y  << ", RETRIEVED Z: " << z << std::endl;
    printf( "\tERROR: %s (Code: %u)\n", gluErrorString(error), error );
    if(GL_NO_ERROR != error) throw;
    std::cout << std::endl << std::endl;

    GLdouble posX, posY, posZ;
    GLint result;
    result = gluUnProject( x, y, z, modelview, projection, viewport, &posX, &posY, &posZ);
    error = glGetError();
    std::cout << "3D point with POS: " << posX << " " << posY << " " << posZ << std::endl;
    printf( "\tERROR: %s (Code: %u)\n", gluErrorString(error), error );
    std::cout << "\tglUnProject: " << (( GL_FALSE == result ) ? "FALSE" : "TRUE") << std::endl;
    if(GL_NO_ERROR != error) throw;

注意：

我在 Windows 8.1 64 位、Qt 4.8 和 MinGW 中运行它。

另外，glReadPixels 和 gluUnProject 都可以正常退出（错误代码 = GL_NO_ERROR）

并且glut 不可用。仅提供 OpenGL、QtOpenGL 和/或 glu 提供的内容。

【参考方案1】：

这并没有错，您正在读取深度缓冲区以计算用于反向投影的窗口空间 Z 值。

问题在于深度缓冲区中可用的精度有限，这会带来一些不准确。实际上，您不能期望未投影值的范围是完美的 [-0.5,0.5]。您将不得不在此处引入一个小 epsilon，因此您的有效范围将类似于 [-0.5015,0.5015]。

您可以通过提高深度缓冲区的精度和/或减小近端和远端剪辑平面之间的范围来减轻影响。默认情况下，深度缓冲区通常为 24 位定点，但 32 位定点或浮点深度缓冲区可能会稍微改善您的情况。但是，您永远不会完全消除此问题。

【讨论】：

哦！谢谢！我从没想过不准确。我会试试你的建议！

另外，我注意到当单击模型的边缘时，我得到了合理的值（使用 epsilon，正如您所解释的那样）。但是，如果我在边缘附近点击，但在外面，在黑色的背景中，我会得到类似4.66933, -1.30734, -8.8131 的东西。有没有办法“禁用”它，还是我必须检查返回的点，看看它是否有合理的界限？

@AdriC.S.：发生的情况是您正在读取深度缓冲区的已清除部分。默认清除深度为 1.0。由于您不太可能点击深度正好等于 1.0 的东西（这将是位于远剪切平面上的东西正好），您可以可能只是假设如果您回读 1.0 的深度，则光标下没有任何内容。

我明白了。非常感谢！！